液压伺服舵机分析与控制律设计

摘要

舵机是飞行器控制系统中的执行装置。它的核心部分就是一套电液伺服系统,它的原理是根据放大器传来的控制信号,以规定的输出速度和输出力推动飞机的舵面。从而达到控制飞行器目标姿态的一套复杂装置。现代飞行器对飞行性能的要求越来越高,从而使得操纵特性及气动力特性都变的更为复杂,同时也对舵机的研制提出了更高的要求。
　　舵回路是自动驾驶仪回路的一部分,它主要包括控制器,液压舵机和反馈装置三个部分。其中液压舵机包括电液伺服阀,作动器。现代飞行器由于对安全性和可靠性的要求,一般都具有两种工作模态,电传模态和机械模态,它们分别通过电信号和机械信号控制阀体,从而驱动作动器带动舵面偏转,反馈装置的作用是反馈作动器的位移完成闭环控制。机械操控模态是液压舵机使飞机能够正常工作的另一个重要手段。也是飞行器安全操控的最后一道屏障。
　　在机械模态中,平板阀和作动器是舵机的关键部件,对机械模态下液压舵机中的板阀、管路和作动器分别建立了数学模型,通过Matlab的仿真分析,得到了平板阀的死区及负载对作动器之间的纷争力和作动器输出位移的关系,然后又提出了改进方法,即增加作动器活塞旁通孔来解决纷争力现象,通过仿真分析基本验证了该方法是可行的。
　　在电传模态中,电液伺服阀和作动器是舵回路中最重要的液压原件,它关系到整个舵回路的性能,因此这两个液压原件的实际性能指标决定着整个舵回路的性能指标。首先分析电液伺服阀和作动器的结构和理化特性,然后依据分析结果建立其对应的数学模型,具体分析并研究了重要结构参数、不同负载对舵机的系统函数的作用,这些工作对舵机物理结构设计以及系统总体性能仿真都有很强的实际指导作用。在Matlab的模型仿真中,对该模式下舵机的动静态特性进行了仿真分析,并着重研究了电液伺服阀死区及负载对作动器之间的纷争力和作动器输出位移的关系及影响。通过仿真对舵机的设计起到了重要的指导作用。
　　电传液压舵机是一套电液伺服系统,其要能正常工作必须有控制器来完成闭环控制,电液伺服控制技术正是基于这种需求而产生的,它是液压传动与控制理论的综合,同时它也是新兴的跨学科的一门现代高新技术。电液伺服阀的出现,精确的完成了电到液的转换,使小功率的电信号控制大负载成为现实。本文舵回路控制器是基于模糊自适应PID控制理论,该控制器具有很好的鲁棒性和抗干扰能力,具有很好的控制效果。

目录

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1 绪论

1.1 选题背景和研究意义

1.2 电液伺服舵机概述

1.3 智能控制技术

1.4 论文主要的研究工作结构安排

2 电液伺服舵机工作模态

2.1 概述

2.2 电传操纵模态组成及原理

2.3 机械操纵模态组成及原理

3 机械模式下舵机的建模与仿真分析

3.1 机械模式下舵机的数学模型

3.2 机械操控模式下液压舵机仿真参数表

3.3 机械模式下舵机动态性能仿真分析

3.4 机械模式下舵机的静态性能仿真

3.5 力纷争解决措施的分析

3.6 本章小结

4 电传模式下舵机的建模与仿真分析

4.1 电液伺服阀传递函数

4.2 阀控液压缸环节模型推导

4.3 系统仿真参数表

4.4 电传模式下舵机动态性能仿真分析电传模式下舵机的动态性能指标如下。

4.5 电传液压舵机静态性能仿真分析

4.6 本章小结

5 电传模式下舵机动态性能实验

5.1 试验系统的原理

5.2 控制系统

5.3 测试系统

5.4 电传操纵舵机动态性能测试

5.5 本章小结

6 基于模糊自适应 PID 理论的舵机控制器研究

6.1 模糊自适应 PID 控制

6.2 液压伺服舵机系统模糊 PID 控制器设计

6.3 基于二维模糊自适应 PID 控制算法的模型仿真

6.4 本章小结

7 结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

致谢

参考文献