电控旋翼伺服襟翼系统控制方法研究

摘要

电控旋翼是本世纪初被提出的一种直升机新概念旋翼操纵技术，它是通过控制伺服襟翼实现桨叶的总距和周期变距操纵的。与传统直升机相比，它具有结构简单、重量轻、安全性好，便于维护等优点。本文以研制中的新型全尺寸电控旋翼综合试验台伺服襟翼系统为研究对象，开展其控制方法的研究，主要研究工作如下： 1、总结了国内外用于伺服襟翼控制的机电作动器及其控制方法的研究成果，探讨了电控旋翼伺服襟翼系统的设计要求，并对本课题组前期所研制的原理性与改进型电控旋翼伺服襟翼控制系统存在的问题进行了分析。 2、给出了新型全尺寸电控旋翼综合试验台伺服襟翼系统的基本组成，分析了伺服襟翼控制的工作原理及控制特性。在此基础上，推导出伺服襟翼各子系统的传递函数，并通过对系统非线性因素的建模，建立了考虑非线性时伺服襟翼系统的数学模型。 3、根据新型全尺寸电控旋翼综合试验台对伺服襟翼系统的控制指标要求，首先设计了基于串极PID控制的电流、速度、位置三闭环控制方案，PID参数采用Z-N法进行整定。然后利用Simulink分别进行了全闭环与半闭环控制的动态仿真分析，结果表明：在加载条件下，系统存在较大的稳态误差和响应滞后的问题。 4、针对襟翼负载力矩大幅变化的特点，进一步设计了伺服襟翼系统复合控制方案，即在速度环中引入前馈控制，位置环PID采用积分分离法。并进行了Simulink动态仿真，仿真结果表明：复合控制方案对伺服襟翼系统有很好的控制效果，能有效的减小系统稳态误差，提高系统抗负载力矩的能力，而且在响应精度方面全闭环要优于半闭环。 5、开发了伺服襟翼系统控制试验硬件平台，研制了模拟襟翼负载力矩的加载装置，并在此试验平台上，进行了负载条件下的半闭环控制试验，试验结果验证了所设计的伺服襟翼控制方法的可行性和有效性，为后续全尺寸电控旋翼综合试验台的研制打下了良好的基础。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图表目录、注释表

声明

第一章 绪 论

第二章 伺服襟翼系统数学建模

第三章 基于PID的伺服襟翼系统控制方法设计与仿真

第四章 伺服襟翼系统复合控制方法设计与仿真

第五章 伺服襟翼系统控制试验研究

第六章 总结与展望

参考文献

致 谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文