动态飞行模拟器主轴控制系统设计研究

摘要

高性能军机在飞行训练和空战机动飞行中，经常处于高载荷飞行环境。高载荷飞行技术已成为充分发挥战机先进性能、实现战斗力的关键因素之一。高载荷飞行可能给飞行员造成“灰视”、“黑视”和意识丧失，危及飞行安全。 为了提高航空兵飞行员在空战中的战术飞行技能，提高飞行员高载荷心理、生理承受能力，提高航空兵部队的作战能力，必须使飞行员进行大量的高载荷飞行训练。要求飞行员经常反复训练，以熟练掌握高载荷飞行技术和高G值防护能力，适应高性能战斗机作战训练需要。如果完全用真实飞机进行高载荷训练，不仅消耗飞机寿命，也会损伤飞机，危及飞行安全。 动态飞行模拟器是一种新型的飞行模拟器，它最大的特点是能够提供有载荷的模拟飞行，为空军未来军事斗争提供地面飞行训练新设备，实现地面苦练，空中精飞。 电机拖动及控制系统是控制产生载荷、实现有载荷飞行的关键。本文就高载荷飞行模型器中的电机拖动及控制系统进行了详细的设计与研究。分析了动态飞行模拟器的运行原理和工作方式，介绍了系统组成；基于矢量解析方法推导动态飞行模拟器三轴运动的速度场与加速度场，矢量以三维坐标矩阵的形式描述；详细分析了动态飞行模拟器主轴拖动系统的负载情况，分析比较了两种拖动方案的特点，对电机的运行功率、启动功率、最大转矩、转速等进行了详细计算，按系统设计指标要求选择电机、确定控制系统的硬件组成和系统中抗干扰和电磁兼容性的措施，对运动平台运行的安全监测系统进行了功能设计；设计双闭环调速系统，计算调节器参数，确定双闭环调节器的型别；分析系统扰动因素。由于强耦合的存在使系统负载扰动十分复杂难以精确计算，系统适合采用模糊PI控制策略。设计模糊控制器、推导模糊控制规则、计算得到模糊控制查询表，并对其进行模糊因子自修正优化；对所设计的控制系统进行计算机数字仿真。对比分析不同控制器的动态过程和抗扰动能力，证明所采用的优化模糊控制器具有更好地控制效果。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1研究动态飞行模拟器的意义

1.2国内外研究概况

1.2.1飞行仿真发展概况

1.2.2动态飞行模拟器发展概况

1.2.3直流传动发展概况

1.3论文研究的主要内容

第2章动态飞行模拟器原理

2.1动态飞行模拟器系统概述

2.2动态飞行模拟器运行原理

2.2.1动态飞行模拟器原理

2.2.2动态飞行模拟器的技术性能

2.3动态飞行模拟器的结构

2.3.1仿真座舱

2.3.2离心机系统

2.3.3控制系统

2.4模拟座舱系统三轴加速度计算

2.4.1运动平台结构

2.4.2速度与加速度场的建立

2.4.3方程求解

2.5本章小结

第3章结构与动力系统设计

3.1机械臂系统

3.2吊篮舱系统

3.3主轴控制系统

3.3.1主要技术指标

3.3.2方案论证

3.3.3主电机选择

3.3.4控制系统构成

3.4设计原则与抗干扰措施

3.5安全监测系统

3.6本章小结

第4章主轴控制系统设计

4.1运动控制系统

4.2主轴控制系统设计

4.2.1转速、电流双闭环调速系统

4.2.2典型Ⅰ型系统、典型Ⅱ型系统

4.2.3电流环设计

4.2.4速度环设计

4.3模糊控制

4.3.1模糊控制器的设计步骤

4.3.2模糊控制器设计

4.4模糊控制器的性能改善

4.4.1带有修正因子的模糊控制器

4.4.2带有自修正因子的模糊控制器

4.5本章小结

第5章系统数字仿真

5.1动态飞行模拟器控制系统仿真

5.1.1电流环系统仿真及抗扰分析

5.1.2双闭环系统仿真及抗扰分析

5.2模糊控制系统仿真

5.2.1模糊控制器仿真及抗扰分析

5.2.2带自修正因子的模糊控制器仿真及抗扰分析

5.3本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢