電動扭矩加載系統(tǒng)研制及其控制技術(shù)研究.pdf

1、隨著航空航天事業(yè)的發(fā)展,對飛行器的機(jī)動性和可靠性提出了更高的要求,實(shí)驗(yàn)測試是檢測飛行器性能的重要環(huán)節(jié)。電動扭矩加載系統(tǒng)作為飛行器地面半物理實(shí)物仿真系統(tǒng)中的重要設(shè)備之一,對其整體性能要求也不斷提升,因此,電動扭矩加載系統(tǒng)控制技術(shù)的研究具有重要研究意義和實(shí)用價值。
　　本文綜述了國內(nèi)外扭矩加載系統(tǒng)及其控制技術(shù)的研究現(xiàn)狀,并對其進(jìn)行了深入的分析與研究,較全面地總結(jié)了扭矩加載系統(tǒng)及其主要控制方法的研究成果,為本文對電動扭矩加載系統(tǒng)的研制與

2、控制技術(shù)研究打下較堅實(shí)的基礎(chǔ)。
　　為了研究電動扭矩加載系統(tǒng)的控制技術(shù),本文研制了電動扭矩加載系統(tǒng)。通過認(rèn)真分析電動扭矩加載系統(tǒng)的組成與工作原理,根據(jù)功能要求確定電動扭矩加載系統(tǒng)的總體方案。根據(jù)確定的總體方案對硬件系統(tǒng)進(jìn)行模塊的劃分,以高精度、高可靠性為原則完成了硬件系統(tǒng)各模塊的選型與設(shè)計。為了提高系統(tǒng)的抗干擾能力,采用隔離、屏蔽等方法進(jìn)行處理。通過分析電動扭矩加載系統(tǒng)的功能要求,基于模塊化的設(shè)計思想,采用LabVIEW開發(fā)了軟件

3、系統(tǒng),并進(jìn)行各功能模塊的劃分,詳細(xì)說明每個模塊的主要功能并給出了操作流程圖。
　　本文分別以承載系統(tǒng)和電動扭矩加載系統(tǒng)為研究對象,采用機(jī)理建模法分別建立承載系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型和電動扭矩加載系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型。通過分析二者之間的相互關(guān)系,建立考慮承載系統(tǒng)耦合特性的電動扭矩加載系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型。在忽略與考慮承載系統(tǒng)的耦合特性時,分別建立電動扭矩加載系統(tǒng)的前向通道和多余力通道傳遞函數(shù),并進(jìn)行對比分析。根據(jù)其前向通道傳遞函數(shù),通過開環(huán)伯德圖分析其閉環(huán)穩(wěn)定

4、性,以及扭轉(zhuǎn)剛度的變化對前向通道特性的影響,根據(jù)其多余力通道傳遞函數(shù),通過開環(huán)伯德圖分析扭轉(zhuǎn)剛度的變化對多余力通道特性的影響。最后對多余力具有的特性進(jìn)行總結(jié),為多余力抑制方法的研究提供理論依據(jù)。
　　在分析電動扭矩加載系統(tǒng)的特性基礎(chǔ)上,本文對其力矩跟蹤控制技術(shù)進(jìn)行研究。針對系統(tǒng)的閉環(huán)穩(wěn)定性問題,通過增加力矩的微分負(fù)反饋校正環(huán)節(jié)來改善系統(tǒng)的閉環(huán)穩(wěn)定性,并進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證;為了改善系統(tǒng)的動態(tài)特性,提高其快速性和準(zhǔn)確性,采用PID控制方

5、法對其進(jìn)行控制,并進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證;針對系統(tǒng)存在多余力問題,根據(jù)結(jié)構(gòu)不變性原理設(shè)計電動扭矩加載系統(tǒng)的角速度前饋補(bǔ)償環(huán)節(jié),并進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。基于上述方法,本文研究基于PID的復(fù)合控制方法,通過仿真與樣機(jī)實(shí)驗(yàn)對該復(fù)合方法的有效性進(jìn)行驗(yàn)證,并將仿真與樣機(jī)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比分析。
　　電動扭矩加載系統(tǒng)為高精度、強(qiáng)耦合、參數(shù)時變的被動式力矩伺服系統(tǒng),由于PID控制器存在參數(shù)不能在線調(diào)整,導(dǎo)致不能適應(yīng)系統(tǒng)的變化。針對上述問題,本文采用模糊自適