双跟踪加载系统研究与实现

摘要

舵机的加载系统在工程领域被称为负载模拟器，是在实验室环境下用于模拟飞行器舵系统所受到气动载荷的半实物仿真设备，其广泛应用于航空航天领域。在被动加载模式下，舵机主动运动所产生的多余力矩，会严重影响加载系统对载荷谱的跟踪精度，故抑制和补偿系统中的多余力矩是加载系统要解决的首要问题。为了尽可能的抑制系统中的多余力矩，提高系统的加载精度和范围，本文对以运动跟踪为前提，载荷跟踪为目的的双跟踪加载系统进行了研究与实现。
　　首先，介绍了双跟踪加载系统的机械结构和工作原理，利用机理法建立系统的数学模型，分析双跟踪加载系统多余力矩产生的根源并与以往的单电机系统进行比较，展现双跟踪系统的优越性，同时分析多余力矩与舵指令幅值、频率之间的关系。
　　然后，将经典算法应用到双跟踪加载系统中，为其跟随系统设计PID控制器，为其加载系统设计前馈控制与PID相结合的复合控制器，仿真分析它们的控制效果，从而验证经典控制算法的有效性，并指出其存在的不足。
　　接着，针对经典控制算法在解决双跟踪加载系统数学模型不精确、非线性和参数时变等问题存在的局限性，将先进算法引入到双跟踪加载系统的控制中，为加载系统设计基于BP神经网络整定的PID控制器和模糊自适应PID控制器，仿真表明设计的控制器均能实时在线整定P、I、D各控制参数，提高了加载系统的自适应性和加载性能，从而实现了双跟踪加载系统的高精度加载。
　　最后，为双跟踪加载系统进行硬件选型及硬件电路设计，在此基础上完成控制系统的上、下位机设计。实际的测试结果表明设计的双跟踪加载系统满足其性能指标要求。

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注释表

缩略词

第一章 绪论

1.1 课题研究背景与意义

1.2 负载模拟器的关键技术

1.3 负载模拟器系统的评价指标

1.4 负载模拟器的常用控制策略

1.5 论文主要研究内容

第二章 双跟踪加载系统建模及控制分析

2.1 引言

2.2 双跟踪加载系统结构分析

2.3 双跟踪加载系统建模

2.4 双跟踪加载系统与单电机加载系统的比较

2.5 本章小结

第三章 双跟踪加载系统的经典算法控制及仿真

3.1 引言

3.2 前馈控制

3.3 经典PID控制及其参数整定

3.4 前馈及PID复合控制器

3.5 本章小结

第四章 双跟踪加载系统的先进算法控制及仿真

4.1 引言

4.2 经典控制算法局限性分析

4.3 基于BP神经网络整定的PID控制

4.4 模糊自适应PID控制

4.5 不同算法控制比较

4.6 本章小结

第五章 双跟踪加载系统的软硬件实现

5.1 引言

5.2 双跟踪加载系统主要部件选型

5.3 双跟踪加载系统硬件电路

5.4 控制系统软件设计

5.5 双跟踪加载系统实物部分

5.6 实际控制效果

5.7 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 论文主要结论

6.2 工作展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文