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一种电动式操纵负荷系统控制特性研究

作　者: 关理想
导　师: 顾宏斌
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 安全技术及工程
关键词: 飞行模拟器电动式操纵负荷系统数学模型多余力模糊自适应PID控制器
分类号: V216.8
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

操纵负荷系统是向飞行模拟器实际操纵者提供力感的系统,是飞行模拟器一个重要的组成部分。操纵负荷系统的实际效果如何,将直接影响飞行员的训练,且关系到对飞行性能的评估。只有逼真的力感模拟,才能让飞行学员在实际训练中获得飞行经验,在飞机性能评价阶段才能给与正确的评价。因此成功研制出高性能、高可靠性以及高逼真度的操纵负荷系统是研制出高品质的飞行模拟器的关键一环。为改进轻型飞行模拟器原型系统弹簧加载式操纵负荷系统的不足,本课题设计了电动式操纵负荷系统,并对其运行品质以及控制性能作研究。本文主要研究内容及成果如下:⑴、详细介绍几种常用的力加载系统,且比较他们之间的优缺点。论述了数字式操纵负荷系统的工作原理及其组成。设计了电动式操纵负荷系统,介绍它的力加载工作原理以及其设计方案。⑵、给出了负载力建模方法,并给出负载力的计算模型。通过对电动式操纵负荷系统各个环节进行建模,给出电动式操纵负荷系统的数学模型,并建立了系统仿真模型,通过对仿真结果进行分析,在系统中添加PID控制器改进系统工作性能。⑶、利用试验的方法来研究电动式操纵负荷系统实际力加载的工作性能。通过试验发现系统由于多余力的存在,系统输出力存在一定的震荡现象,系统的动、静工作性能差,需要对控制系统进行改进,改善系统的工作性能。⑷、对系统存在多余力的问题进行了分析,分析了多余力存在的原因,以及多余力存在对控制系统的影响。详细介绍模糊自适应PID控制器控制原理以及模糊自适应PID控制器的设计。通过在操纵负荷系统上试验,发现采用模糊自适应PID控制后,系统中不再出现先前那种不平滑的现象,力伺服系统的跟踪性能得到明显的改善。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
图标清单  9-10
注释表  10-12
第一章绪论  12-20
  1.1 飞行模拟器操纵负荷系统的研究背景和意义  12-13
  1.2 操纵负荷系统的发展历程及国内外的现状  13-18
  1.3 飞行模拟器操纵负荷系统的研究趋势  18
  1.4 本文主要的研究内容  18-20
第二章操纵负荷系统的总体方案设计  20-27
  2.1 操纵负荷系统的工作原理  20-22
  2.2 操纵负荷系统的机械结构方案  22-26
    2.2.1 电动式操纵负荷系统的方案设计及组成  22-24
    2.2.2 主要元器件的选择  24-26
      2.2.2.1 执行机构——交流永磁同步电机  24-25
      2.2.2.2 驱动器的选择  25
      2.2.2.3 传感器的选择  25-26
      2.2.2.4 控制器的选择  26
  2.3 小结  26-27
第三章操纵负荷系统的数学模型及系统仿真  27-41
  3.1 升降舵操纵系统建模  27-29
    3.1.1 负载力建模方法  27-28
    3.1.2 负载力计算模型  28-29
  3.2 力加载系统的数学模型  29-35
    3.2.1 伺服电机建模  29-33
    3.2.2 测力传感器的建模  33
    3.2.3 滑轮组传动建模  33-34
    3.2.4 钢索建模  34
    3.2.5 力加载系统的数学模型  34-35
  3.3 电动式操纵负荷系统仿真  35-40
    3.3.1 力加载系统的仿真  35-37
    3.3.2 控制器设计  37-40
      3.3.2.1 PID 控制器  37-39
      3.3.2.2 加入 PID 控制器后的系统仿真  39-40
  3.4 小结  40-41
第四章操纵负荷系统试验研究  41-48
  4.1 传感器标定  41-42
  4.2 系统性能试验  42-47
    4.2.1 试验原理  42-44
    4.2.1 试验装置  44-45
    4.2.3 计算机编程  45-46
    4.2.4 试验分析  46-47
  4.4 小结  47-48
第五章操纵负荷系统控制策略  48-60
  5.1 力伺服系统多余力分析  48-49
  5.2 模糊自适应 PID 控制器设计  49-57
    5.2.1 模糊自适应 PID 控制工作原理  49-50
    5.2.2 模糊控制器的 PID 参数的模糊规则调整模型  50-53
      5.2.2.1 PID 控制器参数对控制系统的影响  50-51
      5.2.2.2 模糊自适应 PID 控制器参数调整模型的构建  51-53
    5.2.3 控制系统输入输出变量的模糊化  53-54
      5.2.3.1 E、EC 的模糊化  54
      5.2.3.2 K p 、 K I 、 K D 的模糊化  54
    5.2.4 PID 参数K p 、 K I 、K D 解模糊化  54-56
    5.2.5 模糊自适应 PID 控制算法  56-57
  5.3 操纵负荷系统模糊自适应 PID 控制  57-58
  5.4 小结  58-60
第六章总结与展望  60-62
  6.1 工作总结  60
  6.2 工作展望  60-62
参考文献  62-64
致谢  64-65
在学期间的研究成果及发表的学术论文  65

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