自动对接连接器液压伺服控制系统研究

摘要

某型运载火箭自动对接脐带连接器采用液压伺服系统控制。在对接过程中，存在箭体摆动和液压缸承受较大的不确定负载力的问题，为了提高控制的精度以及对接的可靠性，满足快速发射的发展要求，有必要对自动对接连接器液压伺服控制研究，使连接器能够很好地完成对接任务。
　　对研究的液压伺服系统设计了液压回路，确定各液压元器件的分布。针对负载问题建立液压伺服系统状态空间形式的数学模型。对液压缸驱动机构3-PSS机构进行运动学、动力学计算与仿真分析。考虑大负载对机构运动的影响，使用ABAQUS将关键部件连杆柔性化，使用ADAMS刚柔耦合分析。
　　简化液压数学模型，对于液压系统不确定参数使用MATLAB系统辨识工具箱进行参数辨识，用于控制算法的参考参数。设计扩张状态观测器用以观测系统所受不确定负载扰动，并使用反步鲁棒法进行补偿。在MATLAB/Simulink中进行单缸仿真分析，验证算法的控制效果，最后使用ADAMS-MATLAB联合仿真的方法验证液压伺服系统驱动3-PSS机构的控制效果。由仿真结果可以看出，使用扩张状态负载扰动观测器的反步鲁棒法具有很好的负载补偿效果和跟踪随动性能，液压系统有较高的控制精度。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题背景与意义

1．2 运载火箭对接连接器国内外研究情况

1．3 液压伺服控制并联机构研究现状

1．3．1 非线性控制理论

1．3．2 液压伺服驱动并联机构控制研究

1．4 本论文研究内容

2 自动对接连接器阀控非对称缸液压伺服系统建模

2．1 系统方案设计

2．2 液压伺服系统设计方案

2．2．1 液压伺服系统控制原理

2．2．2 液压回路设计

2．3 阀控非对称液压伺服系统数学模型建立

2．3．1 非对称缸物理模型

2．3．2 建立非对称缸单缸数学模型

2．3．3 建立三缸数学模型

2．4 本章小结

3 执行机构分析与仿真

3．1 机构运动学分析

3．1．1 机构自由度计算

3．1．2 机构运动学正、反解

3．1．3 基于MATLAB／Simulink的运动学仿真

3．2 执行机构刚柔耦合分析

3．2．1 执行机构受力分析

3．2．2 执行机构的多刚体动力学仿真

3．2．3 刚柔耦合动力学理论

3．2．4 刚柔耦合仿真分析

3．3 本章小结

4 液压伺服系统参数辨识

4．1 参数辨识理论与方法研究

4．1．1 参数辨识的理论与方法

4．1．2 最小二乘法

4．1．3 MATLAB系统辨识工具箱

4．2 液压伺服系统模型处理

4．2．1 液压伺服系统辨识模型

4．2．2 传递函数特性分析

4．3 系统辨识仿真

4．3．1 输入激励信号

4．3．2 基于辨识工具箱的液压伺服系统参数辨识

4．4 本章小结

5 基于扩张状态负载扰动观测器的反步鲁棒控制算法研究

5．1 连接器液压伺服系统非线性特性

5．2 基于负载扰动观测器的反步鲁棒算法

5．2．1 反步法控制

5．2．2 扩张线性状态观测器设计

5．3 扩张状态负载扰动观测器的反步鲁棒算法设计

5．4 稳定性证明

5．5 液压伺服系统单缸仿真

5．5．1 单缸仿真系统搭建

5．5．2 PID控制算法

5．5．3 自适应反步算法

5．5．4 仿真分析

5．6 基于ADAMS-MATLAB的三缸联合仿真

5．6．1 三缸联合仿真原理

5．6．2 基于扩张负载扰动观测器反步鲁棒算法的联合仿真

5．7 本章小结

6 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间的发表论文和出版著作情况

攻读硕士学位期间参加的科学研究情况

攻读硕士学位期间学术成果获奖情况