電液負(fù)載模擬器多余力矩抑制及其反步自適應(yīng)控制研究.pdf

1、空氣動(dòng)力電液負(fù)載模擬器(Electro-hydraulic load simulator)是一種地面半實(shí)物仿真設(shè)備，用來模擬飛行器舵機(jī)所受的各種空氣動(dòng)力力矩載荷譜，從而檢測舵機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的技術(shù)性能指標(biāo)，其對(duì)國防軍事工業(yè)具有重要意義。
　　由于電液負(fù)載模擬器是典型的被動(dòng)式力(力矩)伺服控制系統(tǒng)，仿真過程中，舵機(jī)的主動(dòng)運(yùn)動(dòng)會(huì)對(duì)與其固連在一起的加載系統(tǒng)產(chǎn)生一種干擾作用，使加載系統(tǒng)兩腔形成強(qiáng)迫流量，進(jìn)而產(chǎn)生多余力矩。多余力矩具有強(qiáng)度大、時(shí)時(shí)

2、存在、隨舵機(jī)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)連續(xù)變化的特點(diǎn)，嚴(yán)重影響電液負(fù)載模擬器的加載性能。因此，如何抑制多余力矩，提高加載性能是研究電液負(fù)載模擬器的關(guān)鍵技術(shù)問題。
　　本文在查閱大量國內(nèi)外資料的基礎(chǔ)上，綜述了國內(nèi)外電液負(fù)載模擬器的發(fā)展現(xiàn)狀，分析了它們的優(yōu)缺點(diǎn)，通過對(duì)國內(nèi)外負(fù)載模擬器產(chǎn)品和相關(guān)資料的分析，確定了本文的主要研究方向。
　　首先分別建立了電液負(fù)載模擬器的四階和五階數(shù)學(xué)模型，并通過系統(tǒng)辨識(shí)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證，得出在一般加載工況下可以使用四階

3、模型代替五階模型。并提出反步遺傳算法的模型參數(shù)辨識(shí)方法，使模型辨識(shí)結(jié)果更接近實(shí)際物理系統(tǒng),并對(duì)電液負(fù)載模擬器四階系統(tǒng)進(jìn)行了參數(shù)辨識(shí),并驗(yàn)證了該辨識(shí)方法的有效性。
　　根據(jù)所建數(shù)學(xué)模型，深入分析電液負(fù)載模擬器多余力矩形成的原因和特點(diǎn)，從解決系統(tǒng)強(qiáng)迫流量入手，提出使用可調(diào)節(jié)流閥來抑制多余力矩的方法，建立了含可調(diào)節(jié)流閥的電液負(fù)載模擬器數(shù)學(xué)模型并進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。得出使用可調(diào)節(jié)流閥可以達(dá)到排泄強(qiáng)迫流量從而有效抑制多余力矩的結(jié)論。
　　

4、為解決因舵機(jī)擾動(dòng)而產(chǎn)生多余力矩的問題，提出一種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)償控制以補(bǔ)償舵機(jī)端對(duì)加載系統(tǒng)擾動(dòng)的方法。以舵機(jī)輸出的各階狀態(tài)為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸入，根據(jù)系統(tǒng)多余力矩大小神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)調(diào)整補(bǔ)償控制器輸出，進(jìn)而補(bǔ)償給加載系統(tǒng)，從而抑制由于舵機(jī)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的多余力矩。并將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)償控制器與傳統(tǒng)PID控制器、結(jié)構(gòu)不變性原理等進(jìn)行仿真對(duì)比，得出神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)償控制器能更好抑制多余力矩的結(jié)論。
　　針對(duì)系統(tǒng)具有強(qiáng)耦合干擾的特點(diǎn)，提出考慮參數(shù)變化的電液負(fù)載模擬器反步自適應(yīng)

5、控制器。將復(fù)雜的系統(tǒng)模型分解成若干個(gè)相對(duì)簡單的子系統(tǒng)模型，然后針對(duì)每個(gè)子系統(tǒng)模型設(shè)計(jì)控制器，系統(tǒng)的耦合項(xiàng)通過每個(gè)子系統(tǒng)控制器的設(shè)計(jì)而被迭代到系統(tǒng)的最終控制器中。在控制器設(shè)計(jì)時(shí)還考慮了系統(tǒng)參數(shù)變化的因素，設(shè)計(jì)了參數(shù)變化的自適應(yīng)率。并將該控制器進(jìn)行了各種工況下的仿真研究，得出反步控制器能有效抑制多余力矩，提高系統(tǒng)加載性能。
　　最后在電液負(fù)載模擬器原理樣機(jī)上進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。驗(yàn)證了關(guān)于多余力矩形成機(jī)理及影響因素分析的正確性；進(jìn)而分別將神