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提高电动负载模拟器性能的研究

作　者: 马玲玲
导　师: 郑宾
学　校: 中北大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 电动负载模拟器多余力矩 PID控制前馈补偿神经网络
分类号: TP337
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 165次
引　用: 1次
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内容摘要

负载模拟器是地面半实物仿真系统中的一种重要专用设备,用来模拟飞行器舵机在飞行过程中所受空气动力载荷。论文以电动式负载模拟器为研究对象,提出一种有效提高控制系统性能的方法。本文分析了电动负载模拟器的主要技术问题、基本工作原理和系统构成。采用机理建模方法建立了系统的数学模型,并用实验的方法验证了这个数学模型的准确性。在数学模型的基础上,分析了电动负载模拟器的静态特性和多余力矩产生的机理以及影响多余力矩大小的因素。论文采用线性PID控制器以提高系统的频宽及跟踪精度,采用结构不变性前馈补偿方案来消除多余力矩干扰。通过仿真分析可以看出,此控制策略可以提高系统的响应速度,增强系统的跟踪精度。但由于电动负载模拟器的摩擦力矩等非线性因素难以在数学模型和控制策略中得到反映。因此,论文提出了将经典控制理论与神经网络结合起来的复合控制策略,以克服线性PID控制方法的缺陷。通过仿真分析可以看出,比单纯的采用经典PID控制器,有了明显改善,基本消除多余力矩,系统动态性能得到进一步改善。本文设计了电动负载模拟器实验台,采用阶跃信号作为典型加载信号对实际系统进行了动态性能测试,测试结果验证了控制算法的有效性。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第一章绪论  8-16
  1.1 课题的研究背景和意义  8-9
  1.2 负载模拟器的研究现状与发展状况  9-13
    1.2.1 负载模拟器分类  9-11
    1.2.2 控制方法研究现状  11-13
  1.3 电动负载模拟器的主要技术问题及难点  13-14
  1.4 本论文研究内容  14-16
第二章电动负载模拟器模型的建立和验证  16-31
  2.1 电动负载模拟器的系统组成及工作原理  16-17
  2.2 电动负载模拟器模型的建立  17-23
    2.2.1 永磁同步电机模型  18-20
    2.2.2 扭矩传感器数学模型  20-21
    2.2.3 电动负载模拟器系统数学模型  21
    2.2.4 仿真参数的确定  21-23
  2.3 电动负载模拟器系统模型的验证  23-30
    2.3.1 系统模型验证的基本概念与方法  23-24
    2.3.2 模型验证的实验系统组成  24-26
    2.3.3 模型验证的具体步骤  26-28
    2.3.4 模型验证的结果  28-30
  2.4 本章小结  30-31
第三章电动负载模拟器系统特性分析与控制器设计  31-54
  3.1 电动负载模拟器系统主动加载特性分析及仿真  31-35
    3.1.1 电动负载模拟器系统主动加载特性分析  31-33
    3.1.2 仿真结果  33-35
  3.2 系统前向通道控制器设计  35-42
    3.2.1 PID 控制器设计  36-38
    3.2.2 微分先行PID 仿真结果  38-42
  3.3 多余力矩对系统系能的影响  42-46
    3.3.1 多余力矩的定义  42-43
    3.3.2 机械环节对多余力矩的影响  43
    3.3.3 多余力矩特性分析  43-46
  3.4 多余力矩消除的方法  46-51
    3.4.1 前馈补偿原理  47-48
    3.4.2 补偿环节的设计  48-49
    3.4.3 前馈补偿仿真分析  49-51
  3.5 补偿与PID 复合控制的仿真分析  51-53
  3.6 本章小结  53-54
第四章基于 BP神经网络的复合控制器设计  54-62
  4.1 神经网络用于控制的特性  54-55
  4.2 BP 神经网络的原理及结构  55-56
  4.3 BP 神经网络PID 控制器的原理与算法  56-59
  4.4 神经网络复合控制器的设计及仿真分析  59-61
  4.5 本章小结  61-62
第五章电动负载模拟器系统的试验研究  62-65
  5.1 实验系统结构组成  62
  5.2 动态性能测试  62-64
  5.3 本章小结  64-65
结论  65-67
参考文献  67-70
攻读硕士期间所发表的论文及取得的研究成果  70-71
致谢  71

提高电动负载模拟器性能的研究

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