三环结构的电动负载模拟器的控制性能改进

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电动负载模拟器在飞行器半实物地面仿真中得到了广泛应用,由于其特有的多余力矩问题的存在,在控制中首先需对多余力矩加以抑制。此外,还要保证系统的加载精度和加载带宽。为满足上述要求,电动负载模拟器的加载系统通常采用三闭环的控制结构,但是对于一般的三闭环控制结构来说,其系统性能较为单一,未考虑系统鲁棒性、抗扰性等问题。因此,本文以提高电动负载模拟器的鲁棒性、抗扰性、动态稳定性等为目标,从各环节控制器改进入手,进行了理论分析、仿真和实验研究。  论文首先对电动负载模拟器加载系统的控制结构展开研究,理论上分析比较了单闭环控制结构、双闭环控制结构以及三闭环控制结构对系统性能的影响。为了增强系统的稳定性,使控制结构能够满足电动负载模拟器系统的性能要求,采用电流—速度—负载转矩三闭环控制结构来控制加载系统。  为了提升电动负载模拟器加载系统电流内环的动态特性及鲁棒性,对电流内环控制器性能改进策略进行研究。当系统动态工作时,加载电机参数会发生一定程度的变化,此时传统交叉解耦PI电流控制方法由于其控制器参数中含有电感参数,无法满足系统的动态工作情况。因此对控制器参数中不含电感参数的复矢量电流控制方法展开研究,分析比较了二者的鲁棒性与动态性能。  为了提升电动负载模拟器速度环的动态稳定性、鲁棒性和抗扰性,对电动负载模拟器速度环控制器展开研究。采用自抗扰控制方法进行速度控制器的设计,并在状态误差反馈控制律中加入速度给定的微分对传统自抗扰控制加以改进,对速度控制器的稳定性、鲁棒性进行了分析。  由于电动负载模拟器特有的多余力矩问题的存在,需要其负载转矩控制器能够对其加以抑制。因此本文采用比例谐振控制方法对负载转矩控制器进行设计,并采用根轨迹法对单频率正弦信号加载时的控制器参数加以整定。最后,结合前文的仿真实验,对采用三闭环控制结构电动负载模拟器的整体加载性能进行了实验验证,实验结果表明本文所采用的改进控制器设计方法能够实现对系统鲁棒性、抗扰性、动态稳定性的提升。
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