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中国航空学会控制与应用第十二届学术年会

作者：任广宁王少萍北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院

介绍了采用永磁同步电机（PMSM）的电动负载模拟器（ESLS）的系统结构,并与液压负载模拟器（HLS）对比分析了电动负载模拟器的优缺点。对电动负载模拟器的多余力的产生机理及补偿进行分析,并进行了建模仿真验证。

关键词：电动负载模拟器双闭环控制多余力补偿

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电动负载模拟器的结构与控制

电动负载模拟器的结构与控制

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第11届全国电气自动化电控系统学术年会

作者：王明彦郭犇王斌哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学

电动负载模拟器在许多方面比其他形式的负载模拟器更有优越性。文章对电气伺服形式的电动负载模拟器进行了探讨,提出了系统的结构,给出了适于电动负载模拟器控制的方法——回归神经网络实时学习控制方法。对某型号舵系统的加载试验结果... 详细信息

电动负载模拟器在许多方面比其他形式的负载模拟器更有优越性。文章对电气伺服形式的电动负载模拟器进行了探讨,提出了系统的结构,给出了适于电动负载模拟器控制的方法——回归神经网络实时学习控制方法。对某型号舵系统的加载试验结果验证了系统结构和控制方法的合理性。

关键词：电动负载模拟器学习控制回归型神经网络

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电动负载模拟器的结构与控制

电动负载模拟器的结构与控制

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中国自动化学会电气自动化专业委员会,中国电工技术学会电控系统与装置专业委员会第十一届学术年会

作者：王明彦郭犇王斌哈尔滨工业大学

电动负载模拟器在许多方面比其他形式的负载模拟器更有优越性.文章对电气伺服形式的电动负载模拟器进行了探讨,提出了系统的结构,给出了适于电动负载模拟器控制的方法——回归神经网络实时学习控制方法.对某型号舵系统的加载试验结果验... 详细信息

电动负载模拟器在许多方面比其他形式的负载模拟器更有优越性.文章对电气伺服形式的电动负载模拟器进行了探讨,提出了系统的结构,给出了适于电动负载模拟器控制的方法——回归神经网络实时学习控制方法.对某型号舵系统的加载试验结果验证了系统结构和控制方法的合理性.

关键词：电动负载模拟器学习控制回归型神经网络电气伺服舵系统加载控制

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基于参数辨识的电动负载模拟器复合控制

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微特电机 2016年第11期44卷 57-61页

作者：王修岩张革文李宗帅中国民航大学天津300300

针对电动负载模拟器运行过程中系统存在的参数时变问题,同时为了保证力矩精确加载,提出了自适应控制器与前馈补偿控制器相结合的复合控制策略。引入了弹性杆以提高加载精度与系统稳定性;将自调整遗忘因子递推最小二乘法与神经网络相结... 详细信息

针对电动负载模拟器运行过程中系统存在的参数时变问题,同时为了保证力矩精确加载,提出了自适应控制器与前馈补偿控制器相结合的复合控制策略。引入了弹性杆以提高加载精度与系统稳定性;将自调整遗忘因子递推最小二乘法与神经网络相结合进行在线辨识系统时变参数,结合系统性能指标设计了模型参考自适应控制器;采用舵机位置前馈补偿,实现多余力矩的抑制。通过仿真验证了该复合控制策略的可行性和有效性。

关键词：电动负载模拟器参数辨识自适应控制前馈补偿弹性杆

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旋转舵机电动负载模拟器的关键技术研究

旋转舵机电动负载模拟器的关键技术研究

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作者：贾东旭南京理工大学

学位级别：硕士

目前,由于电动式负载模拟器可对舵机加载任意函数的力矩,加载精度高,且结构简单,所以被工业上广泛的研究和使用。而如何抑制多余力矩和提高控制精度是电动负载模拟器研究的关键。论文针对电动负载模拟器系统,以其数学模型为研究基础,对... 详细信息

目前,由于电动式负载模拟器可对舵机加载任意函数的力矩,加载精度高,且结构简单,所以被工业上广泛的研究和使用。而如何抑制多余力矩和提高控制精度是电动负载模拟器研究的关键。论文针对电动负载模拟器系统,以其数学模型为研究基础,对其系统特性进行了分析,并进行了系统校正与多余力矩的抑制、自适应模糊PI控制器的设计,最后在搭建的试验平台上对所设计的控制器进行了试验验证。首先,设计了电动负载模拟器的整体方案,并分析了其工作原理,对系统中的主要组成元件进行了选型与设计,搭建了电动负载模拟器系统的试验平台;建立了系统的数学模型,并以系统模型为基础分析了系统的特性,包括系统连接刚度对系统机械谐振、系统稳定性及系统多余力矩的影响,系统转动惯量对系统机械谐振和系统多余力矩的影响,分析得出:连接刚度对于系统的机械谐振的影响是正向的,对系统的多余力矩的影响是反向的,并且系统稳定时,连接刚度的取值上限的大小会影响到控制器参数的取值大小,因此对于系统连接刚度的取值要折中考虑,不能太大也不能太小;系统转动惯量对于系统的机械谐振和多余力矩的影响都是反向的,因此系统的转动惯量应尽量的小。其次,分析了系统的稳定性,设计了基于力矩微分负反馈环节和PI控制器的复合校正方法;分析了多余力矩的产生机理和系统存在的不确定因素,为抑制系统的多余力矩引入了前馈补偿;在MATLAB/SIMULINK中建立了仿真模型,仿真了所设计的校正方法对系统的校正效果和前馈补偿法对多余力矩的抑制效果。结果表明:力矩微分负反馈和PI控制器相结合的校正方法有效提高了系统的稳定性,系统能够在无扰情况下快速并几乎无差的跟踪恒力矩指令,并且使系统的无扰加载带宽达到了8 Hz;引入对舵机角位移的前馈补偿后,系统的多余力矩被抑制了99%,抑制效果明显。然后,为了进一步提高系统的控制精度和鲁棒性,将模糊控制引入到了系统的控制方法中,利用模糊规则对PI控制器的两个参数KP和KI进行自整定,形成了自适应模糊PI控制器,通过在MATLAB/SIMULINK中建立仿真模型,仿真验证了自适应模糊PI控制器的控制效果。结果表明,引入模糊控制后系统的跟踪误差进一步的减小,多余力矩得到了更多的抑制,控制精度进一步得到了提高。最后,基于LabVIEW设计了上位机界面,完成了对所设计的控制方法的试验验证。分别进行了系统稳定性试验、基于前馈补偿的多余力矩抑制试验和自适应模糊PI控制试验。试验结果表明,所设计的控制方法是有效的,达到了设计的要求。

关键词：电动负载模拟器力矩微分负反馈多余力矩前馈补偿自适应模糊PI控制器

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融合控制在电动负载模拟器中的应用研究

融合控制在电动负载模拟器中的应用研究

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作者：刘玉凤南京航空航天大学

学位级别：硕士

负载模拟器是在地面试验条件下模拟舵机在飞行过程中所受空气动力矩的加载装置，为确保导弹等飞行器的快速性、精确度和可靠性，需要加快电动负载模拟器系统控制算法的研究。本论文就信息融合控制技术理论及其在电动负载模拟器系统的应... 详细信息

负载模拟器是在地面试验条件下模拟舵机在飞行过程中所受空气动力矩的加载装置，为确保导弹等飞行器的快速性、精确度和可靠性，需要加快电动负载模拟器系统控制算法的研究。本论文就信息融合控制技术理论及其在电动负载模拟器系统的应用展开了深入研究，所做的主要研究工作有以下几个方面：\n 本论文首先综述了课题的研究背景以及信息融合技术理论的发展概况，指出电动负载模拟器系统的关键技术，总结了目前国内外常用的控制算法，继而引出本文的主要研究内容。\n 接着对论文的研究对象进行研究与分析：在研究电动负载模拟器基本构成和工作原理后，建立电动负载模拟器的数学模型，在此基础上分析多余力矩的产生机理，并对多余力矩进行仿真与分析，最后利用前馈补偿PID控制算法对电动负载模拟器的控制效果进行仿真与分析。\n 针对传统方法在满足电动负载模拟器的高性能要求的局限性，提出了基于信息融合估计的信息融合控制算法。在理论分析的基础上深入研究了信息融合控制算法在电动负载模拟器系统中的应用，利用信息融合控制算法解决电动负载模拟器精确加载问题。仿真结果表明，信息融合控制算法能够有效地抑制干扰和克服多余力矩，在保证系统快速性的同时，获得了比传统控制方法更高的跟踪精度。\n 最后验证信息融合控制算法在电动负载模拟器平台上的控制效果：首先完成电动负载模拟器平台硬件和软件的设计与实现，然后将信息融合控制算法应用于实际的电动负载模拟器平台中，验证其有效性。

关键词：电动负载模拟器前馈补偿信息融合控制跟踪控制预见控制

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基于神经网络的电动负载模拟器控制方法研究

基于神经网络的电动负载模拟器控制方法研究

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作者：谷新铭中国民航大学

学位级别：硕士

负载模拟器是地面实验室条件下的设备,能够模拟飞行器飞行阶段受到的力矩。电动负载模拟器因其体积小、使用方便等特点,得到了越来越广泛的应用。航空技术的发展对飞行器舵机的控制性能和精度提出了更高的要求。本文利用基于神经网络方... 详细信息

负载模拟器是地面实验室条件下的设备,能够模拟飞行器飞行阶段受到的力矩。电动负载模拟器因其体积小、使用方便等特点,得到了越来越广泛的应用。航空技术的发展对飞行器舵机的控制性能和精度提出了更高的要求。本文利用基于神经网络方法对负载模拟器的控制进行研究:(1)将舵机的输出看作负载模拟器的外部扰动,然后根据模拟器加载部分的构成及各部分的物理特性,建立负载模拟器加载环节的数学模型。在考虑系统不确定性和模型参数摄动情况下,分析未建模动态、参数摄动、多余力矩及外界干扰对系统性能的影响。(2)对系统多余力矩及其抑制进行了研究,为了有效抑制多余力矩,提出了一种前馈补偿和干扰观测器(DOB)相结合的复合抑制策略。仿真结果表明该复合策略能够有效抑制系统多余力矩。(3)针对负载模拟器加载环节的指令力矩跟踪精度问题,提出了一种动态神经网络广义逆控制方案。方案利用三层前馈网络与积分器组成动态网络,训练得到逆模型并串联在被控对象之前构成伪线性系统;采用附加控制器进行闭环控制。仿真结果表明该策略能够有效提高负载模拟器力矩跟踪精度。(4)针对神经网络广义逆策略中存在的不能保证控制的实时性和伪线性系统的非理想特性这两点不足,采用在线调节和通用模型策略(CMC)对系统性能进行改善,大大改善了电动加载过程的力矩跟踪性能。

关键词：电动负载模拟器多余力矩干扰观测器神经网络逆控制在线神经网络通用模型控制

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双通道电动负载模拟器的研究与实现

双通道电动负载模拟器的研究与实现

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作者：孟凡亮南京航空航天大学

学位级别：硕士

电动负载模拟器是在实验室条件下模拟飞行器在飞行中其舵面所受到的气动载荷的半实物仿真设备。被动加载模式下,舵机的主动运动会引起多余力矩,严重影响负载模拟器系统的精度。如何抑制甚至消除多余力矩是电动负载模拟器设计中首要解决... 详细信息

电动负载模拟器是在实验室条件下模拟飞行器在飞行中其舵面所受到的气动载荷的半实物仿真设备。被动加载模式下,舵机的主动运动会引起多余力矩,严重影响负载模拟器系统的精度。如何抑制甚至消除多余力矩是电动负载模拟器设计中首要解决的技术难题。针对如何消除多余力矩,本文提出了一种双通道电动负载模拟器的加载方案。首先,在分析双通道电动负载模拟器的结构和工作原理的基础上建立系统的整体模型,并分析了影响系统性能的主要因素,包括多余力矩的产生机理,加载系统中的非线性因素和不确定因素。其次,设计基于传统控制算法的双通道电动加载控制方案。为跟踪通道设计基于增量式PID算法的速度控制器,为加载通道设计基于前馈反馈复合控制算法的力矩控制器,仿真分析传统控制算法存在的不足之处。然后,为了解决传统控制算法的局限性,利用CMAC网络和PID结合的控制算法来设计加载通道控制器,然而常规CMAC网络具有过学习和学习速度过慢等限制,这些降低了加载系统的精度。基于这种情况,我们提出利用置信度的权值更新算法和学习率自适应算法来提升常规CMAC学习算法的性能,分析两种算法的仿真结果表明改进的CMAC网络学习算法有效地提升了加载系统的静态性能和动态性能。最后,搭建双通道电动负载模拟器试验平台并进行加载试验。首先进行加载系统的关键部件选型,然后设计了加载系统的硬件系统和软件系统,最后在此基础上进行加载测试试验。试验结果表明所设计的双通道电动负载模拟器的性能符合设计指标要求。

关键词：电动负载模拟器非线性因素多余力矩 CMAC

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基于神经网络的电动负载模拟器控制策略研究

基于神经网络的电动负载模拟器控制策略研究

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作者：罗雄飞哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

电动负载模拟器是采用电动机作为执行元件的舵机加载装置,用来在实验室条件下模拟飞行器飞行过程中其舵面所受的负载情况,是武器系统地面仿真的重要设备。由于加载电机需在被动跟随舵机运动的同时完成力矩加载,不可避免地存在被动式系... 详细信息

电动负载模拟器是采用电动机作为执行元件的舵机加载装置,用来在实验室条件下模拟飞行器飞行过程中其舵面所受的负载情况,是武器系统地面仿真的重要设备。由于加载电机需在被动跟随舵机运动的同时完成力矩加载,不可避免地存在被动式系统共有的多余力矩问题。多余力矩的存在严重制约了加载系统的性能,使得加载电机的力矩输出不能精确复现载荷曲线。因此如何抑制系统的多余力矩,研究发展高性能的舵机加载设备显得十分迫切。由于电动加载系统是一个强干扰的典型非线性系统,系统中存在耦合、滞后、机械摩擦等因素,而且被加载对象通常具有不确定性,因此采用基于被控对象精确数学模型的传统控制策略,多余力矩的抑制效果往往不是很理想。针对电动加载系统控制的复杂性,论文引入了神经网络控制,利用神经网络强大的非线性逼近能力,可以实现转矩输出的精确跟踪。论文首先设计了以永磁直流力矩电机为加载执行元件的电动加载系统总体方案,建立了系统各部分的数学模型。在此基础上,分析了多余力矩与舵机运动的关系以及影响多余力矩的主要因素。结合电动加载系统的运行特点,提出了一种改进结构的单神经元PID自适应控制策略。为了更好地抑制系统的多余力矩,论文从补偿思想出发,进一步设计了基于传统PID结构和对角回归神经网络相结合的复合控制策略。将舵机的位置干扰引入控制器中,利用神经网络进行前馈补偿,不需要辨识系统的模型就可以获得良好的控制性能。同时,对网络规模及学习速率进行了优化处理,增强了系统的泛化能力,有效地控制了计算量。仿真分析结果表明,该复合控制策略无论从多余力矩的抑制还是从系统的快速性、鲁棒性方面来说都具有良好的性能。最后,设计了基于VB语言的电动加载系统主控界面,并采用DSP运动控制卡作为控制器的实现方式,在此基础上进行了相关的实验研究。

关键词：电动负载模拟器多余力矩对角回归网络权衰减法

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基于内模控制的电动负载模拟器伺服系统设计

基于内模控制的电动负载模拟器伺服系统设计

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作者：史航哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

电动负载模拟器是地面半实物仿真系统中的一种重要设备,用来模拟飞行器的舵机在飞行过程中所承受的气动力力矩载荷,它是一种典型的被动力伺服系统。由舵机的主动运动引起的多余力问题是其关键控制问题。本文以某型电动负载模拟器系统为... 详细信息

电动负载模拟器是地面半实物仿真系统中的一种重要设备,用来模拟飞行器的舵机在飞行过程中所承受的气动力力矩载荷,它是一种典型的被动力伺服系统。由舵机的主动运动引起的多余力问题是其关键控制问题。本文以某型电动负载模拟器系统为研究背景,在对系统特性进行研究的基础上,应用内模控制理论对该伺服控制系统进行设计。首先,综述了舵机负载模拟器系统的研究现状,对已有多余力抑制方法进行了分析,指出了各自的优缺点,并对内模控制的基本理论和应用现状进行了阐述。其次,采用机理建模法建立了包括电动舵机在内的电动负载模拟器系统数学模型,并对系统的不确定性进行了分析,得出结论:由不同型号的被测舵机特性差异引起的不确定性对系统的影响最大,这类不确定性可以用乘性不确定性来描述。再次,将电动负载模拟器系统模型简化成加载系统和舵机系统相互作用模型。结合该简化模型,比较了考虑舵机特性前后系统的前向通道特性的变化以及多余力特性的变化,得出结论:舵机特性对系统的影响相当于使系统的扭转刚度变小。特别针对电动负载模拟器系统的多余力进行了研究,得出结论:多余力与舵机特性直接相关,具有直接输出端作用、强耦合、只影响系统动态特性和“超前”作用的特点。最后,针对电动负载模拟器系统的主要控制问题,应用内模控制理论,采用带反馈滤波器的内模控制结构对该伺服控制系统进行了设计。针对反馈滤波器的设计,本文提出一种基于鲁棒控制器设计理论的设计方法。仿真结果表明设计的控制器很好地保证了系统的鲁棒稳定性、多余力抑制性能和力矩跟踪性能,由此验证了提出的控制器设计方法的有效性和可行性。

关键词：电动负载模拟器多余力内模控制反馈滤波器

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