新型电液负载模拟器的设计及其关键技术的研究

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负载模拟器是用于模拟导弹、飞机、舰船等的舵机所受空气或水流作用产生的动力扭矩的一种重要的半实物仿真设备。负载模拟器性能的好坏直接决定着复现导弹舵机等所受的真实动力矩的逼真度,因而研制性能优良的负载模拟器有着重要的实际意义。国内外已有许多学者对负载模拟器做了较多的研究工作,由于负载模拟器存在着严重的由舵机主运动产生的多余力矩,一直以来虽然学者们从结构和控制算法上提出了很多不同的方法试图最大程度上抑制多余力矩对负载模拟器加载性能的干扰。或许这些方法在某一特定前提或条件下能够取得令人满意的加载特性,但是都不能很好的抑制或消除多余力矩。本文在前人研究的基础之上结合一些基本理论,提出了采用摩擦力加载的新方法,以期消除多余力矩。为了验证摩擦力加载的可行性及是否能够消除多余力,本文主要做了如下工作:首先,在查阅大量资料并进行的反复论证基础上,确定了新型电液负载模拟器的基本结构。通过对所设计的负载模拟器关键部件的动、静力学仿真分析确定了其结构的合理性。其次,由于结构上的改变,该负载模拟器的控制模型与传统负载模拟器不同,在建立该负载模拟器控制模型的基础之上设计了PID控制器并仿真分析了系统在PID控制器的控制下的基本性能。随后,考虑新型电液负载模拟器在结构上有阻尼比、弹簧刚度、摩擦系数等的不确定性或摄动,这些不确定或摄动势必会影响系统的控制性能。基于对鲁棒控制理论的基本了解,建立了该系统的鲁棒控制模型,设计了系统的H∞和μ综合控制器并仿真分析了系统在H∞和μ综合控制器控制下的主要性能。最后,开发了一套中断定时周期0.2ms的Windows+RTX新型电液负载模拟器实时控制软件。在此基础上结合仿真结果,在设计的新型电液负载模拟器的实验样机上进行了基本的加载实验,得出摩擦力加载是可行的并且可以消除多余力矩。
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