電動式扭矩加載系統(tǒng)干擾力矩抑制及動態(tài)加載精度研究.pdf

1、電動式扭矩加載系統(tǒng)用于在地面的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下模擬飛行器舵面系統(tǒng)正常運(yùn)行或調(diào)整自身姿態(tài)時受到的外界阻力矩，并通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析完成對舵面系統(tǒng)性能的測試。電動式扭矩加載系統(tǒng)的加載性能對舵面系統(tǒng)測試實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性起著關(guān)鍵性的作用，因此，研究扭矩加載技術(shù)具有重要的科學(xué)研究意義和實(shí)際應(yīng)用價值。
　　本文重點(diǎn)研究電動式扭矩加載系統(tǒng)的干擾力矩抑制和動態(tài)加載精度改善方法。
　　本文分析扭矩加載系統(tǒng)國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及其性能改善的技術(shù)途徑，明確影

2、響電動式扭矩加載系統(tǒng)性能的主要因素為多余力矩和摩擦非線性因素，從控制補(bǔ)償角度探討多余力矩和摩擦非線性因素的抑制方法，為后文研究電動式扭矩加載系統(tǒng)的干擾力矩抑制和動態(tài)加載精度改善方法打下技術(shù)基礎(chǔ)。
　　為了研究電動式扭矩加載系統(tǒng)干擾力矩抑制和動態(tài)性能改善方法，本文研制電動式扭矩加載系統(tǒng)。系統(tǒng)研制方面，基于高精度、強(qiáng)抗干擾性的準(zhǔn)則研制以直流力矩電機(jī)為執(zhí)行部件的加載系統(tǒng)；為了模擬真實(shí)舵面系統(tǒng)的運(yùn)動規(guī)律以便對加載系統(tǒng)的性能進(jìn)行測試，研制以

3、永磁同步電機(jī)和行星減速器為機(jī)械本體的舵機(jī)系統(tǒng)。數(shù)學(xué)建模方面，為了考慮加載系統(tǒng)力矩輸出和舵機(jī)系統(tǒng)角位置輸出的相互影響，采用機(jī)理分析法建立包括舵機(jī)系統(tǒng)特性的電動式扭矩加載系統(tǒng)線性數(shù)學(xué)模型，同時為了研究加載系統(tǒng)中存在的摩擦非線性因素對力矩輸出的影響，采用恒定死區(qū)環(huán)節(jié)對摩擦非線性進(jìn)行描述，并將其加入到線性數(shù)學(xué)模型中，最終建立包括摩擦非線性因素的電動式扭矩加載系統(tǒng)綜合模型。
　　本文深入研究電動式扭矩加載系統(tǒng)的閉環(huán)控制性能和干擾力矩抑制方法

4、。針對加載系統(tǒng)在單位反饋閉環(huán)加載時力矩發(fā)散的問題，采用PID控制與相位超前校正相結(jié)合的方式進(jìn)行改善，并通過靜態(tài)加載仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證；針對舵機(jī)系統(tǒng)位置擾動造成的多余力矩問題，采用基于舵機(jī)系統(tǒng)輸出角速度的前饋補(bǔ)償控制進(jìn)行抑制，并通過前饋補(bǔ)償環(huán)節(jié)仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證；針對加載系統(tǒng)的摩擦非線性問題，采用基于死區(qū)逆的方法進(jìn)行補(bǔ)償控制，并通過死區(qū)逆仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。針對干擾力矩抑制方法的整體控制效果，本文通過動態(tài)加載性能仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。
　　針

5、對電動式扭矩加載系統(tǒng)中存在的幅值衰減和相位滯后問題，本文采用基于最小均方差的幅相控制算法從信號補(bǔ)償?shù)慕嵌冗M(jìn)行控制，通過靜態(tài)加載正弦跟蹤仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證；針對基于固定步長最小均方差的幅相控制算法中收斂速度和穩(wěn)態(tài)精度對步長μ的需求相互矛盾的問題，本文提出采用基于Sigmoid函數(shù)變步長最小均方差的幅相控制算法進(jìn)行改善，并通過改進(jìn)前后算法的仿真對比實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。
　　為了驗(yàn)證本文所研究的干擾力矩抑制和動態(tài)加載精度改善方法的實(shí)際控制效果，

6、本文搭建電動式扭矩加載系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)平臺，包括硬件平臺和上位機(jī)操作軟件，并進(jìn)行靜態(tài)加載性能實(shí)驗(yàn)、干擾力矩抑制實(shí)驗(yàn)、動態(tài)加載性能實(shí)驗(yàn)。在靜態(tài)加載性能實(shí)驗(yàn)中，通過階躍和不同頻率正弦信號的實(shí)際控制效果，驗(yàn)證閉環(huán)控制器和幅相控制算法的實(shí)際控制效果；在干擾力矩抑制實(shí)驗(yàn)中，通過對比單獨(dú)閉環(huán)控制和加入干擾力矩抑制算法對干擾力矩的實(shí)際抑制效果，驗(yàn)證干擾力矩抑制算法的實(shí)際控制效果；在動態(tài)加載性能實(shí)驗(yàn)中，通過對比單獨(dú)閉環(huán)控制和加入干擾力矩抑制及幅相控制算法對動