双电机复合力矩加载系统的设计

摘要

双电机复合力矩加载系统是在实验室环境下模拟舵系统在飞行过程中受到的空气铰链力矩，是对舵系统进行性能测试的半实物仿真设备。针对舵系统在飞行中受到的多种载荷，提出一种可以同时进行扭矩加载和弯矩加载的复合力矩加载系统，从而准确地复现舵面受到的真实载荷。系统是在被动跟随舵系统运动时对舵机进行复合加载，此时由位置干扰引起的多余力矩和由负载引起的惯性多余力矩以及非线性干扰同时存在，从而影响系统的跟踪精度和动态响应能力。因此，双电机复合力矩加载系统的研究重点是如何有效地消除多余力矩及非线性的干扰。
　　论文对负载模拟器的国内外发展状况进行了研究和分析，针对多余力矩及非线性因素对系统造成的影响，提出了力矩加载电机与力矩补偿电机协同加载的结构设计，概述了系统的结构及工作原理，建立了系统的综合数学模型，分析了影响系统的跟踪精度和动态响应的主要因素，研究了反馈-前馈迭代学习控制算法和递归神经网络迭代学习控制算法，最后通过优化系统结构和控制算法消除了多余力矩及非线性因素对系统的影响。其中，针对系统的转动惯量、广义连接刚度与系统动态特性之间的关系，在结构设计上通过引入弹性杆使系统达到最佳广义连接刚度，通过实验验证了最佳广义连接刚度可以有效地消除由于舵系统位置扰动引起的多余力矩。另外，设计了基于反馈-前馈迭代学习控制算法的系统，从而通过优化软件设计的方式提高了系统的跟踪精度和动态响应能力。
　　最后，结合负载模拟器的评价指标，测试了加载系统自身特性，实现了对舵机动静态的复合加载。实验表明，多余力矩抑制率约为97％，跟踪精度控制在了1％以内。优化的系统结构和控制算法可以有效地消除多余力矩及非线性因素对系统加载精度影响，验证了双电机复合力矩加载系统的可行性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景

1．2 负载模拟器的概述

1．2．1 负载模拟器的构成

1．2．2 负载模拟器的研究现状及发展

1．3 电动式负载模拟器的性能指标

1．4 电动式负载模拟器控制算法的分析

1．5 论文的研究内容及安排

第二章 双电机复合力矩加载系统的设计与建模

2．2 双电机复合力矩加载系统的结构及原理

2．3 双电机复合力矩加载系统的数学模型

2．3．1 舵机的数学模型

2．3．2 力矩加载电机的数学模型

2．3．3 弯矩加载系统的数学模型

2．3．4 系统综合数学模型

2．4 双电机复合力矩加载系统的器件选型

2．5 本章小结

3．1 引言

3．2 双电机复合力矩加载系统精度影响因素的研究

3．2．1 多余力矩对系统的影响

3．2．2 非线性因素对系统的影响

3．3 双电机复合力矩加载系统的控制算法

3．3．1 系统迭代学习控制算法的提出

3．3．2 反馈-前馈迭代学习控制算法

3．3．3 递归神经网络迭代学习控制

3．4 系统控制算法的仿真及分析

3．4．1 反馈-前馈迭代学习控制算法的仿真及分析

3．4．2 递归神经网络迭代学习控制算法的仿真及分析

3．5 本章小结

4．1 引言

4．3 广义连接刚度对系统的影响

4．3．1 广义连接刚度对机械谐振的影响

4．3．2 广义连接刚度对多余力矩的影响

4．3．3 最佳广义连接刚度

4．3．4 弹性杆设计

4．4 广义连接刚度测试系统的研究

4．4．1 广义连接刚度测试系统的结构设计

4．4．2 广义连接刚度测试原理

4．4．3 广义连接刚度测试系统设计

4．4．4 广义连接刚度测试系统实验

4．5 本章小结

5．1 引言

5．2 系统的软件设计

5．2．1 登录界面的设计

5．2．2 数据采集系统的设计

5．2．3 加载系统的设计

5．2．4 反馈-前馈迭代学习控制算法的软件设计

5．3 双电机复合力矩加载系统实验

5．3．1 舵机静止时复合加载实验

5．3．2 舵机运动时复合加载实验

5．4 本章小结

6．1 论文总结

6．2 工作展望

参考文献

攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果

致谢