基于H∞控制理论的液压三轴仿真转台控制系统研究

摘要

三轴仿真转台是具有重大经济价值和国防战略意义的高技术半实物仿真设备，能够在实验室条件下复现飞行器在空中的各种飞行姿态，其性能直接关系到飞行器仿真结果的逼真度。随着当前国际形势的日益严峻和我国现代军事技术的不断发展，对仿真转台的技术水平、应用范围和使用要求不断提高。液压三轴仿真转台是一个多输入多输出的复杂非线性系统，其内框和外框各由一套电液位置伺服系统直接驱动，中框由双液压马达伺服系统直接同步驱动，相应的液压控制系统的性能对转台的性能有着十分重要的影响。在转台油源功率容量、机械结构及系统元件确定的情况下，最佳控制策略的选择往往能最大限度地发挥现有设备的能力。因此深入研究单通道电液位置伺服系统和双液压马达驱动系统的性能及控制策略对仿真转台的研制具有非常重要的实际意义。
　　在查阅大量国内外有关文献的基础上，本文综述了国内外仿真转台的发展状况，阐述了转台整体结构形式以及决定转台技术水平的一些关键技术，概述了仿真转台电液位置伺服系统的研究进展，介绍了H∞控制理论及鲁棒设计方法的发展概况。
　　建立了仿真转台单通道电液位置伺服系统的数学模型，分析了模型参数对单通道系统性能的影响。提出了与鲁棒控制设计相适应的系统模型辨识方法，即基于随机典范状态空间灰箱辨识模型的单通道系统名义模型参数辨识与基于模型误差建模法的不确定性界估计相结合的模型集确定方法，并对内、外框单通道系统模型进行辨识，给出了辨识结果。
　　介绍了H∞控制的基础理论。根据液压仿真转台的特性和性能要求，结合内、外框单通道系统名义模型及不确定性界的辨识结果，利用H∞控制理论中的μ综合法能够提供灵活的和系统化的鲁棒控制器设计构架的特点，对液压仿真转台内、外框单通道系统进行了μ综合法鲁棒反馈控制设计。分析了基于系统模型逆的输入信号前馈补偿器的原理及特性，并探讨了其实现问题。探讨了控制系统的抗饱和回绕问题，并利用H∞控制理论设计了转台内、外框单通道系统的抗饱和回绕补偿器。以内框单通道系统为例，进行了必要的仿真分析，验证了设计方法及设计结果是正确有效的。
　　介绍了双液压马达的几种同步驱动控制方案。同时在考虑传动轴刚度的条件下，建立了双液压马达同步驱动系统的数学模型，并系统地分析了同步误差产生的原因。针对转台中框同步驱动系统所具有的耦合作用、两同步通道传递函数的差异等特点，提出了一种同步误差直接反馈校正的鲁棒同步控制方式，并应用μ综合法对其进行设计，仿真结果充分说明了该同步控制方式对转台中框的同步驱动是有效的。
　　以自行开发的计算机控制系统和计算机控制软件为试验平台，用所提出的控制策略在液压三轴仿真转台上进行了内框、外框单通道系统性能试验，中框双液压马达同步驱动系统性能试验及通道间耦合干扰抑制试验。并得到了一些有实用价值的结论。试验结果进一步表明，文中阐述的理论和观点是正确的，设计的模型辨识算法和控制器是合理可行的。

目录

基于H∞控制理论的液压三轴仿真转台控制系统研究

RESEARCH ON THREE-AXIS HYDRAULIC SIMULATOR CONTROL SYSTEM BASED ON H∞ CONTROL THEORY

摘 要

Abstract

目 录

Contents

第1 章 绪 论

1.1 课题的研究背景及意义

1.2 三轴仿真转台综述

1.3 仿真转台电液位置伺服系统

1.4 H∞控制理论及鲁棒设计方法发展概述

1.5 论文的主要研究内容

第2 章 单通道系统建模与辨识

2.1 引言

2.2 单通道电液位置伺服系统数学模型

2.3 单通道电液位置伺服系统模型辨识

2.4 本章小结

第3 章 内、外框单通道系统控制策略研究

3.1 引言

3.2 H∞控制基础

3.3 内、外框单通道系统控制策略

3.4 本章小结

第4 章 中框双马达同步驱动系统的控制研究

4.1 引言

4.2 双液压马达常用同步驱动控制方案

4.3 双液压马达同步驱动系统数学模型

4.4 同步误差产生的原因分析

4.5 双液压马达同步驱动系统控制策略

4.6 本章小结

第5 章 液压三轴仿真转台试验研究

5.1 引言

5.2 液压三轴仿真转台试验系统

5.3 内、外框单通道系统的试验研究

5.4 中框双马达同步驱动系统的试验研究

5.5 通道间耦合干扰抑制的试验研究

5.6 本章小结

结 论

参考文献

攻读博士学位期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学博士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学博士学位论文使用授权书

致 谢

个人简历