空氣舵負(fù)載模擬器加載系統(tǒng)的控制策略研究.pdf

1、空氣舵作為飛行器的核心部件之一，用于控制飛行器的飛行姿態(tài)和調(diào)整及改變飛行軌跡，其性能好壞直接影響飛行器的控制精度和穩(wěn)定性?？諝舛尕?fù)載模擬器是空氣舵的重要地面試驗(yàn)設(shè)備，用于模擬飛行過程中的載荷，為空氣舵地面實(shí)驗(yàn)提供可靠的實(shí)驗(yàn)保障和技術(shù)支持。隨著我國航天和國防事業(yè)的大力發(fā)展，對(duì)飛行器提出了更高的要求，研究能夠精確復(fù)現(xiàn)飛行過程中力學(xué)條件的空氣舵負(fù)載模擬器勢(shì)在必行。
　　為了精確模擬真實(shí)飛行過程中的空氣載荷，負(fù)載模擬器不僅要求加載常規(guī)的正

2、弦信號(hào)，還要求加載三角信號(hào)，甚至更為復(fù)雜的多頻復(fù)合信號(hào)，并要求加載過程中的多余力消除達(dá)到95％及以上。為此，論文首先對(duì)國內(nèi)外負(fù)載模擬器的技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀以及以迭代學(xué)習(xí)控制為代表的智能控制研究現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述，確立了論文的研究方向以及研究目標(biāo)。隨后為了實(shí)現(xiàn)空氣舵負(fù)載模擬器的加載要求，設(shè)計(jì)了負(fù)載模擬器的測(cè)控系統(tǒng)。建立了動(dòng)力機(jī)構(gòu)、加載系統(tǒng)、伺服閥的數(shù)學(xué)模型和多余力干擾下的系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了仿真研究，分析了多余力產(chǎn)生的機(jī)理。
　　利用

3、地面試驗(yàn)的加載載荷具有連續(xù)和重復(fù)的特點(diǎn)，針對(duì)被控電液伺服系統(tǒng)和加載過程所具有的非線性，在迭代學(xué)習(xí)控制理論的基礎(chǔ)上提出了一種基于時(shí)變引導(dǎo)因子的迭代學(xué)習(xí)控制策略（Time varying pilot factor-iterative learning control，簡稱TPF-ILC）。證明了TPF-ILC控制策略分別在無多余力干擾和有多余力干擾情況下的系統(tǒng)收斂性，提出了這兩種情況下系統(tǒng)收斂的充分條件。隨后就迭代學(xué)習(xí)中的關(guān)鍵問題——初態(tài)問

4、題進(jìn)行了理論分析，利用系統(tǒng)的連續(xù)和重復(fù)的特性，證明了在TPF-ILC控制策略作用下，即使系統(tǒng)每個(gè)迭代周期的初始狀態(tài)不嚴(yán)格一致，系統(tǒng)的誤差和初始狀態(tài)依然收斂，突破了迭代學(xué)習(xí)理論中對(duì)初始狀態(tài)要求嚴(yán)格一致的理論限制，使得TPF-ILC控制策略具備更好的實(shí)用性和更廣的應(yīng)用范圍。論文研究了TPF-ILC控制策略的魯棒性，明確了系統(tǒng)誤差與干擾之間的關(guān)系，為后續(xù)的多余力抑制和消除問題提供了理論依據(jù)。
　　在TPF-ILC控制策略的實(shí)際應(yīng)用中，針

5、對(duì)系統(tǒng)相位延遲導(dǎo)致誤差不收斂和學(xué)習(xí)方法失效的問題，將相位延遲因子引入TPF-ILC算法中，利用新提出的多尺度直線擬合方法實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)的相位延遲，并用該延遲信號(hào)對(duì)誤差信號(hào)進(jìn)行相位校正，從而提出了對(duì)TPF-ILC控制策略的改進(jìn)。針對(duì)改進(jìn)的TPF-ILC控制策略同樣在理論上進(jìn)行了收斂性證明，并給出系統(tǒng)收斂的充分條件。
　　實(shí)踐中，考慮到加載信號(hào)有較為復(fù)雜的三角信號(hào)和多頻復(fù)合信號(hào)，以及TPF-ILC控制策略對(duì)系統(tǒng)相位的敏感性，傳統(tǒng)數(shù)字濾波

6、器由于相頻特性的非線性，其相位延遲會(huì)隨外部信號(hào)頻率的變化而變化，會(huì)導(dǎo)致TPF-ILC控制失效。為此，論文提出了OL-EMD（On line EMD，簡稱OL-EMD）數(shù)字濾波算法，能同時(shí)兼顧相頻特性和濾波效果。將該濾波算法分別進(jìn)行了仿真驗(yàn)證和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，驗(yàn)證結(jié)果說明了該濾波方法的有效性。
　　最后，進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。通過6組實(shí)驗(yàn)對(duì)改進(jìn)TPF-ILC控制策略和多余力消除效果進(jìn)行充分驗(yàn)證:無多余力干擾和有多余力情況下的正弦波信號(hào)加載實(shí)驗(yàn)、