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QFT在连续回转电液伺服马达控制系统中的应用研究

作　者: 马育华
导　师: 曹健
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 连续回转电液伺服马达定量反馈控制理论控制仿真
分类号: TM921.541
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 20次
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内容摘要

飞行仿真转台是飞行控制系统半实物仿真中的重要实验设备,具有重要的经济价值和国防战略意义,其性能直接关系到飞行器仿真结果的逼真度,在飞行器的研制中起到了关键的作用。液压飞行姿态仿真转台一般由摆动式马达驱动。随着当前国际形势的日益严峻和我国现代军事技术的快速发展,对仿真转台的技术水平、应用范围和使用要求不断提高,单纯采用摆动式电液伺服马达驱动的液压仿真转台已经不能满足要求,在此背景下,进行了仿真转台直驱式连续回转伺服马达及其控制系统的研制。同时,先进的飞行器对控制精度和机动性能有较高的要求,这就使得作为仿真转台直接驱动而研制的连续回转电液伺服马达必须具有超低速、高精度、宽调速、高频响等高性能指标。本文针对此种连续回转电液伺服马达及其控制系统做了进一步的研究,研究手段包括理论分析与计算、计算机仿真研究和实验研究等。根据所查到的大量国内外相关文献,本文简要综述了国内外仿真转台的发展概况。由于转台系统同样也存在着明显的不确定性及外部干扰,所以研究能够克服对象不确定性和外部干扰的鲁棒控制方法是转台控制的发展趋势之一。因此,本文以克服连续回转电液伺服马达系统参数的不确定性和抑制其摩擦干扰为重点研究内容,希望能通过定量反馈的控制方法来提高系统的频带宽度。本文首先建立了连续回转电液伺服马达系统的数学模型,分析了系统的稳定性、开环和闭环频率响应特性。详细探讨了引起系统稳态误差的各种因素及其对系统精度的影响。其次,介绍了定量反馈控制理论(Quantitative Feedback Theory简称QFT)及典型QFT方法中的二自由度系统控制器的设计过程。进行了连续回转电液伺服马达的QFT控制器的设计。分别建立了基于速度反馈、输入信号微分前馈和摩擦干扰补偿的PID复合控制策略与QFT控制器两种不同控制策略下的仿真模型,并将这两种控制策略下的仿真效果进行了比较研究。最后,设计了数模相结合的硬、软件控制系统,研制了连续回转电液伺服马达实验台的硬件控制系统以及采用C++ Builder语言编写PID控制与QFT控制实验软件,并进行了斜坡、三角坡、阶跃、正弦响应的实验研究。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-16
  1.1 课题研究的目的及意义  9-10
  1.2 飞行姿态仿真转台综述  10-13
    1.2.1 国内外在该方向的研究现状及分析  10
    1.2.2 仿真转台关键技术简介  10-11
    1.2.3 仿真转台用连续回转电液伺服马达综述  11-13
  1.3 电液位置伺服系统  13-14
    1.3.1 常用控制策略  13
    1.3.2 定量反馈控制理论简介  13-14
  1.4 课题的提出及主要研究内容  14-16
第2章连续回转马达的理论分析及数学建模  16-29
  2.1 引言  16
  2.2 马达结构模型及理论分析  16-18
    2.2.1 马达结构模型  16-17
    2.2.2 理论分析及基本参数公式推导  17-18
  2.3 连续回转电液伺服马达数学模型的建立  18-25
    2.3.1 阀控马达动力机构传递函数  19-21
    2.3.2 电液伺服阀传递函数  21
    2.3.3 伺服放大器传递函数和反馈测量元件传递函数  21-22
    2.3.4 连续回转电液伺服马达传递函数  22-23
    2.3.5 连续回转电液伺服马达系统设计计算  23-24
    2.3.6 系统稳定性分析  24
    2.3.7 系统频率特性分析  24-25
  2.4 系统的稳态误差分析  25-28
  2.5 本章小结  28-29
第3章连续回转电液伺服马达控制系统QFT控制器设计  29-41
  3.1 引言  29
  3.2 QFT的研究对象和设计特点  29-30
  3.3 QFT的基本原理和设计过程  30-35
    3.3.1 QFT的设计结构  30-31
    3.3.2 系统不确定性与对象模板  31-32
    3.3.3 性能设计指标  32-33
    3.3.4 边界的形成  33-34
    3.3.5 控制器G和前置滤波器F设计  34-35
    3.3.6 QFT设计过程总结  35
  3.4 连续回转电液伺服马达控制系统QFT控制器设计  35-40
    3.4.1 连续回转电液伺服马达控制系统的QFT设计结构  35-36
    3.4.2 连续回转电液伺服马达的不确定性及各种性能指标设计  36-37
    3.4.3 频率点的选取、前置滤波器及控制器设计  37-39
    3.4.4 控制器设计的验证  39-40
  3.5 本章小结  40-41
第4章 PID控制研究及其与QFT控制仿真比较  41-50
  4.1 引言  41
  4.2 PID控制器及其性能研究  41-46
    4.2.1 常规PID控制  41-43
    4.2.2 输入信号微分前馈复合控制  43-44
    4.2.3 摩擦干扰补偿复合控制  44-46
  4.3 PID控制与QFT控制仿真研究  46-49
    4.3.1 仿真模型的建立  46
    4.3.2 阶跃响应仿真研究  46-47
    4.3.3 正弦响应仿真研究  47-48
    4.3.4 斜坡响应仿真研究  48-49
    4.3.5 仿真结果分析  49
  4.4 本章小结  49-50
第5章实验台的控制系统设计与实验研究  50-68
  5.1 引言  50
  5.2 连续回转电液伺服马达实验台组成  50-52
  5.3 控制系统设计  52-57
    5.3.1 控制系统硬件设计  52-55
    5.3.2 控制系统软件设计  55-57
  5.4 实验及其结果分析  57-67
    5.4.1 斜坡响应实验  57-60
    5.4.2 三角波响应实验  60-62
    5.4.3 阶跃响应试验  62-63
    5.4.4 正弦响应实验  63-67
  5.5 本章小结  67-68
结论  68-70
参考文献  70-74
攻读硕士学位期间发表的学术论文  74-76
致谢  76

QFT在连续回转电液伺服马达控制系统中的应用研究

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