电动舵机系统扰动分析与控制策略研究

发布时间：2021-10-15 15:57

　　飞行器电动舵机系统是一个高精度的位置伺服系统,是飞行器飞控系统的重要组成部分,其性能直接决定着飞行器飞行控制系统的控制效果。但受制造工艺、安装精度等影响,电动舵机系统中不可避免的存在较多的非线性环节,严重影响电动舵机系统的动静态性能,甚至影响飞行器整体性能。因此,研究摩擦、间隙等扰动对电动舵机系统动静态性能的影响,并采取相应的补偿方法来削弱或者补偿这些扰动的影响相当重要。本文以某型飞行器电动舵机为研究对象,对电动舵机系统中的扰动因素进行研究和分析,并采用基于PI（Proportion-Integral）的改进滑模控制方法和基于径向基神经网络的滑模控制方法,来消除或减小摩擦和间隙所带来的不利影响,以提高系统的跟踪精度。本论文的研究工作主要从以下几方面展开:（1）设计了电动舵机系统的总体方案,包括采用滚珠丝杠式的机械传动方案及速度位置双环控制方案。然后,对电动舵机系统的负载特性、负载匹配、机电时间常数、功率等进行了详细的分析,并对滚珠丝杠减速机构德尔减速比进行了分析设计。最后,对电动舵机系统的设计参数进行了负载及带宽能力的校核。（2）考虑到间隙、摩擦等扰动因素,论文对电动舵机系统的摩擦及间... 

【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)吉林省

【文章页数】：151 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 论文研究背景及意义
    1.2 电动舵机研究概况
        1.2.1 电动舵机发展概况
        1.2.2 电动舵机系统关键技术发展概况
    1.3 电动舵机系统控制策略研究概况
    1.4 主要研究内容及结构安排
        1.4.1 主要研究内容
        1.4.2 论文结构安排
第二章 电动舵机系统设计与分析
    2.1 引言
    2.2 系统指标与设计要求
        2.2.1 电动舵机系统设计要求
        2.2.2 主要技术指标
    2.3 电动舵机系统总体方案设计
        2.3.1 系统组成
        2.3.2 电动舵机系统传动方案
        2.3.3 电动舵机系统控制方案
    2.4 电动舵机系统参数设计
        2.4.1 输入信号的分析确定
        2.4.2 电机负载分析
        2.4.3 机电参数选择
        2.4.4 滚珠丝杠参数设计
        2.4.5 电动舵机基本参数校核
    2.5 本章小结
第三章 电动舵机系统扰动分析与建模
    3.1 引言
    3.2 电动舵机数学模型
        3.2.1 电动舵机系统工作原理
        3.2.2 伺服电机数学模型
        3.2.3 伺服电机驱动器数学模型
        3.2.4 电动舵机线性数学模型
    3.3 系统扰动源分析
        3.3.1 间隙扰动问题
        3.3.2 摩擦扰动问题
    3.4 间隙扰动分析
        3.4.1 电动舵机系统间隙模型分析
        3.4.2 间隙幅值辨识研究
        3.4.3 间隙影响分析
    3.5 摩擦扰动分析
        3.5.1 电动舵机系统摩擦模型分析
        3.5.2 摩擦影响分析
    3.6 扰动引发的平顶问题分析
        3.6.1 间隙对平顶问题的影响分析
        3.6.2 摩擦对平顶问题的影响分析
    3.7 本章小结
第四章 基于PI的改进滑模控制策略研究
    4.1 引言
    4.2 含扰动的数学模型
    4.3 基于PI的改进滑模控制策略
        4.3.1 PID控制器设计
        4.3.2 改进的滑模控制器设计
        4.3.3 滑模面的存在性及可达性验证
        4.3.4 仿真分析
    4.4 本章小结
第五章 基于径向基网络的滑模控制策略研究
    5.1 引言
    5.2 RBF网络概述
        5.2.1 RBF网络原理
        5.2.2 径向基函数原理
    5.3 基于RBF的滑模控制器设计
        5.3.1 系统描述
        5.3.2 等效控制器设计
        5.3.3 RBF网络控制器设计
        5.3.4 稳定性分析
        5.3.5 数值仿真及结果分析
    5.4 改进的RBF滑模控制器设计
        5.4.1 改进的RBF网络控制器设计
        5.4.2 稳定性分析
        5.4.3 数值仿真及结果分析
    5.5 本章小结
第六章 电动舵机系统实验与分析
    6.1 引言
    6.2 电动舵机系统实验平台
        6.2.1 实验平台组成及工作原理
        6.2.2 电动舵机辅助测试系统
        6.2.3 数据处理分析系统
    6.3 电动舵机系统性能测试
        6.3.1 正弦跟踪性能测试
        6.3.2 阶跃跟踪性能测试
        6.3.3 带宽性能测试
        6.3.4 总体半物理联调测试
    6.4 本章小结
第七章 总结与展望
    7.1 全文总结
    7.2 全文创新性工作
    7.3 工作展望
参考文献
致谢
作者简历
攻读学位期间发表的学术论文与研究成果


【参考文献】：
期刊论文
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[3]基于神经网络的飞行器协同编队控制研究[J]. 陈昶荣,许鑫,崔东辉,程进.  控制与信息技术. 2019(04)
[4]数控进给伺服系统摩擦补偿控制仿真[J]. 智淑亚,吴洪兵.  沈阳工业大学学报. 2019(04)
[5]基于模糊控制的电动舵机控制器设计与实现[J]. 郭扬光,赵怀林,祝波.  电力电子技术. 2019(05)
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博士论文
[1]考虑时滞特性的航天器非线性姿态控制方法研究[D]. 毕显婷.哈尔滨工业大学 2017
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硕士论文
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[2]基于ARM的燃气舵舵机控制系统的设计与分析[D]. 杨鑫.南京理工大学 2017
[3]小型非旋制导火箭弹控制系统设计[D]. 王慧.南京理工大学 2017
[4]电动舵机伺服系统的间隙与摩擦补偿控制[D]. 兰远锋.北京交通大学 2016
[5]高速飞行器电动舵机伺服系统动力学仿真[D]. 王乐.哈尔滨工业大学 2013
[6]船用舵机电液伺服单元的鲁棒控制研究[D]. 何琼.哈尔滨工业大学 2009



本文编号：3438238