基于模型驱动的负载模拟器参数快速整定方法研究

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负载模拟器常用于模拟导弹、飞机等飞行器在飞行过程中所受空气动力载荷的一种半实物仿真设备,能够在实验室下对飞行器所受的载荷进行测试,其性能的优劣直接影响到被试件负载模拟的准确性。然而负载模拟器性能的优劣与自身参数(连接刚度、惯量、控制参数等)的准确整定密切相关,考虑到多个参数的耦合影响,如何快速有效对其整定,成为当前亟待解决的问题。在该背景下本课题从负载模拟器时域、频域特性角度出发,对刚度、惯量、控制算法等难以快速整定的参数展开研究,主要工作内容如下:(1)查阅国内外关于负载模拟器相关文献,分析影响电液负载模拟器性能的主要原因。根据电液负载模拟器的工作原理与结构,建立电液负载模拟器数学模型,通过粒子群寻优算法对模型中未知的参数进行辨识,验证了模型辨识的准确性。(2)依据频域分析的基本原理,研究电液负载模拟器中的机械结构参数如连接刚度、惯量对电液负载模拟器频率特性的影响。根据不同机械结构参数对电液负载模拟器频率特性影响趋势,设计优化目标函数,提出负载模拟器参数快速整定方法,解决舵机频率特性曲线难以与目标频率特性曲线拟合的问题。在频域内完成对电液负载模拟器机械结构参数的整定,验证了整定后的机械结构能够满足舵机系统频率特性指标要求,节省了负载模拟器调试过程所需时间。(3)在时域角度方面,主要考核加载力的准确性。而加载力准确性常用多余力消除百分比来评价。为达到好的多余力消除效果,本文理论分析了多余力产生的机理,从机械结构参数和控制算法分别对如何抑制多余力研究,仿真了不同机械结构参数对多余力的影响,给出合理的机械结构参数范围。设计了相应的速度补偿+非线性PID算法,对比了速度补偿+非线性PID算法、速度补偿+PID算法、PID算法控制下的抑制多余力效果,验证了速度补偿+非线性PID算法在高频下能够较好的抑制多余力,完成了对控制算法参数的整定。(4)搭建了电液负载模拟器实验台,详细介绍了实验台的总体方案设计。基于研制的实验台,设计了在正弦、阶跃、扫频信号下的力加载实验。经过实验数据分析,在正弦信号响应下,系统的多余力得到充分的抑制;在阶跃信号响应下,系统具有较快的响应速度。实验结果证明,经整定后的机械结构与控制算法参数能够有效的抑制多余力,提升系统的动态特性。负载模拟器参数快速整定方法能够有效对机械结构参数如连接刚度、惯量、控制参数实现快速整定,缩短负载模拟器设计与调试阶段占用的大量时间。参数整定后的系统具有良好的动态特性,能够有效的抑制多余力的产生,满足舵机系统频率特性曲线的指标,为负载模拟器的设计与调试提供了理论模型与优化方法。
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