检索结果-内蒙古大学图书馆

中北大学学报（自然科学版） 2019年第3期40卷 236-242页

作者：刘伟良杨瑞峰郭晨霞葛双超中北大学仪器与电子学院山西太原030051 山西省自动化检测装备与系统工程技术研究中心山西太原030051

加载系统对电动负载模拟器的稳定性、加载精度、响应速度等特性具有重要的影响,为了解其动态特性,建立了系统的有限元模型和数学模型,通过模态分析得到系统的固有频率及振型;改变系统中弹簧杆的刚度,得到弹簧杆刚度与固有频率和系统的关... 详细信息

加载系统对电动负载模拟器的稳定性、加载精度、响应速度等特性具有重要的影响,为了解其动态特性,建立了系统的有限元模型和数学模型,通过模态分析得到系统的固有频率及振型;改变系统中弹簧杆的刚度,得到弹簧杆刚度与固有频率和系统的关系.结果表明:在系统的前6阶模态中,其振型主要是绕Z轴的扭转和摆动振型,且幅值最大部分主要是两个联轴器和弹簧杆;弹簧杆刚度越大,系统固有频率越大,系统的频宽越宽,响应速度越快,但会造成系统机械谐振,多余力矩增加,影响系统的稳定性,设计弹簧杆刚度的时候需要综合考虑系统稳定性、响应速度和多余力矩影响.

关键词：电动负载模拟器模态分析固有频率弹簧杆

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电动负载模拟器的等效分析和消扰策略研究

电动负载模拟器的等效分析和消扰策略研究

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作者：杨雪松北京交通大学

学位级别：博士

电动负载模拟器是飞行控制系统半实物仿真中的重要试验设备,它的任务是模拟舵机在实际工作过程中受到的气动铰链力矩,实现对舵机系统性能的检验。本论文以多项实际工程项目为背景,对电动负载模拟器的各项关键技术和理论问题进行了研究,... 详细信息

电动负载模拟器是飞行控制系统半实物仿真中的重要试验设备,它的任务是模拟舵机在实际工作过程中受到的气动铰链力矩,实现对舵机系统性能的检验。本论文以多项实际工程项目为背景,对电动负载模拟器的各项关键技术和理论问题进行了研究,并在以下几个方面进行了开创性的工作。首先,对比了电动和液压系统的数学模型,论证了两个系统在宏观动力学层面上的等效性,并归纳出电动和液压参数物理意义的等价关系。以“电枢电压”与“负载流量”的等价关系为基础,推导出负载模拟器的受迫流量(或反电动势)与阀控加载流量(电枢电压)的比值,即被动-主动流量比,该比值是比较电动与电液负载模拟器综合性能的重要依据。其次,简化了电动负载模拟器的传递函数,得到了其动态响应性能参数的解析表达式,明确了电机参数对系统增益、频宽和阻尼比的影响,该结论为电动负载模拟器的设计提供了更具针对性的理论依据。在此基础上,建立了完整的电动负载模拟器数学模型,提出了加载系统稳定裕度和“双十”频宽的调节方法。再次,绘制了位置扰动作用的频率响应特性伯德图,通过对特性曲线增益、斜率的分析研究,说明了电动负载模拟器的多余力矩本质上是由综合摩擦负载、惯性负载和弹性位置负载叠加而成的。对位置扰动信号和多余力矩信号做频谱分析,得到了位置扰动的实际动态响应特性。试验结果与数学模型相吻合,证明了理论分析的正确性。然后,在电动负载模拟器输出力矩服从线性叠加原理的前提下,提出了以矢量匹配关系为基础的消扰策略。并针对舵机运动规律的周期性特点,提出了可统称为“基于矢量匹配的位置扰动力矩消除方法”的“单矢量匹配法”和“复矢量匹配法”。其中,前者主要用于抑制正弦型的位置扰动,后者则可抑制更普遍的周期性位置扰动,是对前者的拓展。以上方法均得到了试验验证,试验结果说明矢量匹配法不但能够消除由位置扰动引起的多余力矩,还能够补偿由加载系统相位滞后引起的加载误差,从根本上提高负载模拟器的动态加载精度。最后,设计了绝缘联轴器,实现了对轴承电压耦合通道的阻断,提高了传感器信号的信噪比。在深入研究fidrow-Hoff网络的基础上,提出了一种改进的自适应线性神经网络(RLS-ADALINE)。通过对比研究,证明了由RLS-ADALINE网络设计的滤波器具有更好的滤波效果。针对测量速度和加速度的实际需要,提出了一种新的正弦激励法,提高了传感器的标定效率和测量精度。

关键词：电动负载模拟器电动-液压等效关系多余力矩矢量匹配法自适应线性神经网络

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电动负载模拟器的非线性因素分析及补偿

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中国测试 2016年第1期42卷 96-101页

作者：付梦瑶杨瑞峰郭晨霞张鹏张新华中北大学仪器与电子学院山西太原030051 中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室山西太原030051 北京自动化控制设备研究所北京100000

为提高电动负载模拟器系统的动态性能和信号跟踪准确度,提出针对系统摩擦非线性和间隙非线性进行补偿的方法。分析系统存在的非线性因素及其对系统造成的影响,在此基础上建立其非线性数学模型。采用基于小波神经网络的PID控制器实现摩... 详细信息

为提高电动负载模拟器系统的动态性能和信号跟踪准确度,提出针对系统摩擦非线性和间隙非线性进行补偿的方法。分析系统存在的非线性因素及其对系统造成的影响,在此基础上建立其非线性数学模型。采用基于小波神经网络的PID控制器实现摩擦非线性补偿,同时利用间隙逆模型针对间隙非线性进行补偿。利用Matlab软件对补偿结果进行仿真验证,仿真结果显示经过补偿后系统正弦响应曲线跟随性能变好,跟踪误差明显减小,准确度得到很大改善。仿真结果证明:基于小波神经网络的PID控制器和间隙逆模型分别对摩擦非线性和间隙非线性有明显的抑制效果,系统动态性能得到提高。

关键词：电动负载模拟器非线性摩擦补偿神经网络

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电动负载模拟器的滑模自适应控制器设计

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微特电机 2015年第7期43卷 96-100,107页

作者：王修岩杨森李宗帅中国民航大学天津300300

针对减小电动负载模拟器多余力矩以及适应电机参数时变特性,设计了基于改进模糊趋近律的自适应滑模控制器。首先,根据系统输出与输出的偏差量设计了滑模面;其次,采用模糊策略,动态调整系统的趋近速度,当系统远离滑模面时,加快趋近速度,... 详细信息

针对减小电动负载模拟器多余力矩以及适应电机参数时变特性,设计了基于改进模糊趋近律的自适应滑模控制器。首先,根据系统输出与输出的偏差量设计了滑模面;其次,采用模糊策略,动态调整系统的趋近速度,当系统远离滑模面时,加快趋近速度,改善动态品质;当系统接近滑模面时,降低趋近速度,消除抖振,同时提出采用变隶属度函数的方法,改进了传统的模糊趋近律,提高系统在滑模面附近的控制灵敏度;最后,针对多余力矩和系统不确定部分,采用自适应的方法,逼近其上界,实现完全补偿。通过定义Lyapunov函数证明了该控制方法能够保证系统的全局稳定性。仿真实验表明,该控制方法有效地抑制了抖振和多余力矩,增强了系统的鲁棒性,提高了系统的自适应能力。

关键词：电动负载模拟器变隶属度函数模糊趋近律滑模自适应控制多余力矩

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一种引入位置比例控制提高电动负载模拟器性能的控制系统设计方法

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西北工业大学学报 2014年第2期32卷 235-239页

作者：郭行陈康孙力闫杰西北工业大学航天学院陕西西安710072

仔细分析了电动负载模拟器的工作原理及多余力矩的产生机理,建立了电动负载模拟器的数学模型,在被动加载的情况下,提出了采用位置比例控制与角速度前馈补偿两种方法共同抑制多余力矩,设计了包含位置比例控制+角速度前馈补偿+力矩闭环控... 详细信息

仔细分析了电动负载模拟器的工作原理及多余力矩的产生机理,建立了电动负载模拟器的数学模型,在被动加载的情况下,提出了采用位置比例控制与角速度前馈补偿两种方法共同抑制多余力矩,设计了包含位置比例控制+角速度前馈补偿+力矩闭环控制的三回路控制系统,进一步提高了电动负载模拟器的控制精度并展宽了力矩加载频带,使得电动负载模拟器的加载频带提高到了25 Hz以上。

关键词：电动负载模拟器多余力矩位置比例控制加载频带

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炮控系统电动负载模拟器性能影响因素分析

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电机与控制学报 2016年第12期20卷 74-81页

作者：王超侯远龙王力高强侯润民南京理工大学机械工程学院江苏南京210014

为了抑制炮控系统电动负载模拟器中存在的多余力矩,进一步提高其输出力矩的控制精确度和动态特性,对电动负载模拟器力矩输出的影响因素进行研究。首先结合电动负载模拟器系统的结构组成和工作原理,建立数学模型,得到输出力矩对应的传递... 详细信息

为了抑制炮控系统电动负载模拟器中存在的多余力矩,进一步提高其输出力矩的控制精确度和动态特性,对电动负载模拟器力矩输出的影响因素进行研究。首先结合电动负载模拟器系统的结构组成和工作原理,建立数学模型,得到输出力矩对应的传递函数和具体影响因素;然后依次研究电动负载模拟器系统的连接刚度、力矩电机的输入力矩、负载电机的角度、摩擦、间隙等非线性时变量对系统力矩输出的影响,并分别采用时频阈分析和谐波跟踪等方法进行性能评估;最后结合具体仿真和实验数据,分析影响力矩电机输出力矩谐波畸变的定性和定量关系,为提高电动负载模拟器控制性能提供有力的理论支撑。

关键词：电动负载模拟器炮控系统力矩非线性时变量谐波畸变

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电动负载模拟器的智能控制策略研究

电动负载模拟器的智能控制策略研究

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作者：郭犇哈尔滨工业大学

学位级别：博士

力矩负载模拟器在航空航天、武器装备、工业生产和科研实验等许多领域有着广泛的应用。在飞行器研制过程中,作为一种能够模拟地面试验或真实飞行过程中其所承受的力矩载荷的半实物仿真设备,在对舵系统的机械结构、控制性能以及飞行器自... 详细信息

力矩负载模拟器在航空航天、武器装备、工业生产和科研实验等许多领域有着广泛的应用。在飞行器研制过程中,作为一种能够模拟地面试验或真实飞行过程中其所承受的力矩载荷的半实物仿真设备,在对舵系统的机械结构、控制性能以及飞行器自动驾驶控制系统性能测试和分析中,负载模拟器都发挥着重要的作用。近年来随着电机制造及驱动控制技术的发展,电动负载模拟器得到了越来越多的应用。\n 负载模拟器的高性能主要表现在对指令转矩的快速、精确的跟踪,以及对承载对象运动引起的多余力矩的抑制和补偿上。由于多余力矩是一种由于力矩和位置的耦合产生的强干扰,加上系统本身的非线性和不确定性,传统的控制方法难以对其进行有效的抑制。因此为提高系统的性能,对适合于负载模拟器的先进的控制结构和策略进行深入的研究是非常必要的。\n 本文首先提出负载模拟系统的基本结构和组成。基于双惯量系统对加载和承载系统之间耦合动力学特性进行了研究和分析,提出了在加载转矩控制中基于速度控制的新模式,并利用永磁同步伺服电机与减速机构作为加载执行单元,从而形成了转矩、速度和电流的三环基本控制结构。利用的速度环的特性可以改善连接环节的弹性和惯量引起的谐振以及电机电流环的负载扰动、摩擦等非线性因素产生的不利影响。建立了包含加载系统和承载系统的完整的负载模拟系统数学模型,详细分析了系统的特性和多余力矩产生的原因及构成,对系统的不确定性和非线性因素进行了分析,为先进控制策略的应用打下了基础。\n 针对负载模拟系统加载运行方式的重复性的特点,提出了PID反馈控制和前馈迭代学习的控制策略,并基于2-D系统的方法给出了控制稳定性和收敛性的判据以及设计方法。对传统的PID型迭代学习控制进行改进,提出了基于前馈-状态反馈控制结构的非因果滤波器型迭代学习律,分析了其收敛性,给出了滤波器参数的设计方法。这种方法可以在对反馈信号中的噪声有较好的滤波特性的同时,使迭代学习控制有更好的收敛性,设计和调试简单。进一步地提出了采用基于递归神经网络的迭代学习控制策略,使系统具有更好的学习能力和适应性。这些控制方法具有较好的实时性和控制精度,适于负载模拟系统的工程应用。仿真和实验都证明了该控制方法的有效性。\n 对负载模拟器的神经网络控制策略进行了研究,提出了采用基于动态模糊神经网络的方法。结合资源优化网络的思想,给出了动态模糊神经网络的原理、规则的产生、剪裁和权值的训练方法。这种基于RBF的神经网络具有较少的神经元结构,算法的速度快,同时对于具有不确定性和非线性的系统也具有良好的逼近能力,更适合于在线的实时控制。针对加载对象位置扰动可测和不可测两种情形,提出了采用自适应前馈补偿和神经网络内模+PID控制两种电动负载模拟器控制结构。仿真结果证明该策略有效地抑制了多余力矩,提高了系统的控制性能。\n 最后设计了基于MCT8000运动控制卡的控制系统,实现了系统的软件、硬件设计,实验结果验证了ILC算法的正确性和有效性。\n 本文采用先进的智能控制策略对于负载模拟器系统的控制做出了较为深入的研究,体现了负载模拟系统控制的发展趋势,研究成果对实际应用有较好的指导和参考作用。

关键词：电动负载模拟器力矩载荷半实物仿真加载转矩控制负载扰动迭代学习控制

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电动负载模拟器加载电机驱动技术研究

电动负载模拟器加载电机驱动技术研究

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作者：刘松斌哈尔滨工业大学

学位级别：博士

电动负载模拟器是利用直流或交流电机作为机电能量转换元件,它用于对运载器舵机系统进行加载实验,模拟其舵面在空中飞行过程中或水下航行中所承受的铰链力矩。电动负载模拟器驱动加载电机时存在以下主要问题:为舵机实现转矩加载过程中,... 详细信息

电动负载模拟器是利用直流或交流电机作为机电能量转换元件,它用于对运载器舵机系统进行加载实验,模拟其舵面在空中飞行过程中或水下航行中所承受的铰链力矩。电动负载模拟器驱动加载电机时存在以下主要问题:为舵机实现转矩加载过程中,经常忽略加载电机与舵机的惯量和刚度问题从而影响加载转矩响应速度;传统电压型 H桥两电平驱动器驱动加载电机时,存在加载转矩脉动比较大和加载精度低等缺点;转矩控制常采用前馈控制实现转矩跟踪,控制系统受外界参数影响比较大。针对以上存在的问题,本文以电动负载模拟器加载电机驱动器为研究背景,研究加载电机与舵机机械环节匹配问题、加载电机驱动器转矩脉动和转矩跟踪控制策略。\n 首先,采用机理建模和MATLAB仿真模型的方法,建立永磁直流力矩电机转矩伺服控制系统模型。研究转矩加载伺服系统的稳定性,轴系刚度和转动惯量对加载系统频宽的影响并得出相应的结论:电动负载模拟器应尽量降低轴系的转动惯量,以提高加载系统的带宽;提高轴系刚度可拓宽加载系统的带宽,但在选择轴系刚度时要综合考虑加载系统稳定性和加载频宽问题。基于加载电机与舵机惯量匹配分析和仿真结果,提出电动负载模拟器与舵机匹配原则,以满足舵机转矩加载要求。\n 然后,针对H桥两电平电压型驱动器在驱动电动负载模拟器时存在的问题,提出五电平加载驱动拓扑结构,在同一载波频率下,采用五电平取代两电平,减小了两电平拟合电流时脉动比较大且谐波含量高等缺点,同时为制动能量提供能量通路,实时快速地处理制动能量。五电平驱动拓扑结构是由有源前端变换器、双向开关网络和H桥驱动拓扑结构组成。有源前端变换器实时快速地处理制动能量并实现能量的双向流动,以提高加载系统的带宽。单周期控制有源前端变换器存在直流母线电压脉动性较大和轻载时功率因数较差等问题。提出改进的单周期控制有源前端变换器,采用前馈控制和改进调制策略并引入输入电流同步方法,完全消除了电压误差信号在轻载时对功率因数的影响,保证了输入电流良好的正弦度。由双向开关网络和H桥变换器构成的五电平加载驱动拓扑,消除了恒值加载时的转矩过冲,提高正弦加载时的转矩加载精度。系统仿真结果表明,新型五电平加载驱动拓扑结构具有动态响应快,快速处理制动能量,拓宽了系统加载频宽,提高了系统加载精度。\n 转矩跟踪控制引入两个非线性积分器,强制开关变量在每个完整的开关周期内的平均值严格与控制基准成线性关系,实现了转矩跟踪控制。针对加载系统受到舵机强位置扰动的影响,积分器容易出现饱和现象从而导致加载系统的不稳定。带前馈控制的转矩跟踪控制对舵机强位置扰动具有很强的抑制作用。带前馈控制的转矩跟踪控制存在两个积分器,控制系统复杂,积分器存在反向复位问题影响其动态加载过程,同时控制系统受外界参数影响比较大。提出改进的转矩跟踪控制策略,消除积分器,采用反向可复位锯齿波作为载波,构成转矩外环、电流内环的双闭环控制系统,控制系统简单便于实现模拟控制,保证转矩跟踪的实时性和快速性,提高了控制系统的鲁棒性。仿真实验结果表明,改进的转矩跟踪控制实现了转矩实时、快速和准确地跟踪给定转矩的变化,为舵机提供有效加载控制模式。\n 最后,本文设计和实现了电动负载模拟器系统。根据加载系统的组成分别对电流和转矩检测及调理电路进行了设计,对电动负载模拟器加载系统进行实验研究。实验结果表明系统各项性能指标均达到设计要求,进一步验证了新型五电平加载驱动拓扑和改进的转矩跟踪控制的正确性和有效性。新型五电平加载驱动拓扑降低转矩过冲和提高转矩加载精度,制动能量的快速处理对提高加载系统带宽具有重要的工程实用价值。

关键词：电动负载模拟器电机驱动器加载转矩响应铰链力矩转矩跟踪控制永磁直流力矩电机

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基于遗传算法的电动负载模拟器ITAE控制器设计和仿真

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宇航学报 2008年第5期29卷 1521-1525页

作者：黄勇于云峰孙力西北工业大学航天学院西安710072

在电动负载模拟器(ELS)的控制系统设计过程中,其优化控制参数一般需通过大量试验来确定。本文根据ELS的工作原理建立了其执行机构的数学模型,并分析了连接刚度参数对系统性能的影响,指出在满足系统闭环响应技术指标条件下,应选择低的连... 详细信息

在电动负载模拟器(ELS)的控制系统设计过程中,其优化控制参数一般需通过大量试验来确定。本文根据ELS的工作原理建立了其执行机构的数学模型,并分析了连接刚度参数对系统性能的影响,指出在满足系统闭环响应技术指标条件下,应选择低的连接刚度;结合加载梯度参数,选择适当的连接刚度,设计了ELS的复合控制器结构,并采用遗传算法对复合控制器中的各控制参数按ITAE准则进行了寻优,获得了复合控制器参数。仿真和试验结果表明:在该控制器作用下,闭环系统的静差小于0.5%,并且其正弦响应在10Hz时的幅差小于10%,相差小于10deg。

关键词：电动负载模拟器连接刚度加载梯度 ITAE准则遗传算法

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电动负载模拟器广义连接刚度测试系统研究

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中国测试 2017年第3期43卷 69-73页

作者：张旭杨瑞峰张鹏郭晨霞中北大学仪器与电子学院山西太原030051 山西省自动化检测装备与系统工程技术研究中心山西太原030051

为提高电动负载模拟器的动态性能和加载精度,针对广义连接刚度对系统的动态响应、加载精度和稳定性的影响,设计一种广义连接刚度测试系统,在构建系统的硬件结构和软件功能的基础上,结合广义连接刚度的计算方法及影响因素,提出一种通过... 详细信息

为提高电动负载模拟器的动态性能和加载精度,针对广义连接刚度对系统的动态响应、加载精度和稳定性的影响,设计一种广义连接刚度测试系统,在构建系统的硬件结构和软件功能的基础上,结合广义连接刚度的计算方法及影响因素,提出一种通过调整弹性杆刚度确定最佳广义连接刚度的方法,并对多余力矩、机械谐振、动态特性等影响因素及最佳广义连接刚度进行定量分析。实验结果表明:测试系统功能完善,测试结果准确。另外,在系统获得最佳广义连接刚度时,系统加载曲线与指令曲线完全重合,明显消除多余力矩对系统的干扰,为动态测试舵机性能提供先决条件。

关键词：电动负载模拟器广义连接刚度多余力矩弹性杆

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