電液負載模擬器多余力矩抑制及其反步自適應控制研究.pdf

1、空氣動力電液負載模擬器(Electro-hydraulic load simulator)是一種地面半實物仿真設備，用來模擬飛行器舵機所受的各種空氣動力力矩載荷譜，從而檢測舵機驅(qū)動系統(tǒng)的技術性能指標，其對國防軍事工業(yè)具有重要意義。
　　由于電液負載模擬器是典型的被動式力(力矩)伺服控制系統(tǒng)，仿真過程中，舵機的主動運動會對與其固連在一起的加載系統(tǒng)產(chǎn)生一種干擾作用，使加載系統(tǒng)兩腔形成強迫流量，進而產(chǎn)生多余力矩。多余力矩具有強度大、時時

2、存在、隨舵機運動狀態(tài)連續(xù)變化的特點，嚴重影響電液負載模擬器的加載性能。因此，如何抑制多余力矩，提高加載性能是研究電液負載模擬器的關鍵技術問題。
　　本文在查閱大量國內(nèi)外資料的基礎上，綜述了國內(nèi)外電液負載模擬器的發(fā)展現(xiàn)狀，分析了它們的優(yōu)缺點，通過對國內(nèi)外負載模擬器產(chǎn)品和相關資料的分析，確定了本文的主要研究方向。
　　首先分別建立了電液負載模擬器的四階和五階數(shù)學模型，并通過系統(tǒng)辨識和實驗數(shù)據(jù)驗證，得出在一般加載工況下可以使用四階

3、模型代替五階模型。并提出反步遺傳算法的模型參數(shù)辨識方法，使模型辨識結果更接近實際物理系統(tǒng),并對電液負載模擬器四階系統(tǒng)進行了參數(shù)辨識,并驗證了該辨識方法的有效性。
　　根據(jù)所建數(shù)學模型，深入分析電液負載模擬器多余力矩形成的原因和特點，從解決系統(tǒng)強迫流量入手，提出使用可調(diào)節(jié)流閥來抑制多余力矩的方法，建立了含可調(diào)節(jié)流閥的電液負載模擬器數(shù)學模型并進行了仿真驗證。得出使用可調(diào)節(jié)流閥可以達到排泄強迫流量從而有效抑制多余力矩的結論。
　　

4、為解決因舵機擾動而產(chǎn)生多余力矩的問題，提出一種神經(jīng)網(wǎng)絡補償控制以補償舵機端對加載系統(tǒng)擾動的方法。以舵機輸出的各階狀態(tài)為神經(jīng)網(wǎng)絡輸入，根據(jù)系統(tǒng)多余力矩大小神經(jīng)網(wǎng)絡調(diào)整補償控制器輸出，進而補償給加載系統(tǒng)，從而抑制由于舵機運動產(chǎn)生的多余力矩。并將神經(jīng)網(wǎng)絡補償控制器與傳統(tǒng)PID控制器、結構不變性原理等進行仿真對比，得出神經(jīng)網(wǎng)絡補償控制器能更好抑制多余力矩的結論。
　　針對系統(tǒng)具有強耦合干擾的特點，提出考慮參數(shù)變化的電液負載模擬器反步自適應

5、控制器。將復雜的系統(tǒng)模型分解成若干個相對簡單的子系統(tǒng)模型，然后針對每個子系統(tǒng)模型設計控制器，系統(tǒng)的耦合項通過每個子系統(tǒng)控制器的設計而被迭代到系統(tǒng)的最終控制器中。在控制器設計時還考慮了系統(tǒng)參數(shù)變化的因素，設計了參數(shù)變化的自適應率。并將該控制器進行了各種工況下的仿真研究，得出反步控制器能有效抑制多余力矩，提高系統(tǒng)加載性能。
　　最后在電液負載模擬器原理樣機上進行了實驗研究。驗證了關于多余力矩形成機理及影響因素分析的正確性；進而分別將神