被動式力矩伺服系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、被動式力矩伺服系統(tǒng)主要應(yīng)用于舵機系統(tǒng)的半實物仿真，能夠模擬真實環(huán)境下舵機所承受的各種負載力矩，分析和研究舵機系統(tǒng)的各項性能指標(biāo)，在航空制造、輪船制造和科研實驗等諸多領(lǐng)域發(fā)揮著十分重要的作用。隨著國民經(jīng)濟的高速發(fā)展和飛行器需求的迅猛增長，對舵機系統(tǒng)各項性能指標(biāo)的要求越來越高，相應(yīng)地，對被動式力矩伺服系統(tǒng)的加載能力和伺服精度等方面也提出了更高的要求，因此，對被動式力矩伺服系統(tǒng)控制策略進行研究很有意義，也是十分必要的。
　　被動式力矩伺

2、服系統(tǒng)控制的關(guān)鍵技術(shù)問題在于：在力矩加載過程中，加載電機跟隨舵機做被動運動，隨著加載頻率的提高，多余力矩越來越大，干擾了正常力矩加載；在小力矩加載過程中，系統(tǒng)本身存在的摩擦力矩可能和加載力矩一起對舵機加載，造成實際加載力矩多于加載指令，或者抵消了一部分加載力矩，造成實際加載力矩少于加載指令；系統(tǒng)在運行一段時間后，由于震動和磨損等原因使得傳動系統(tǒng)出現(xiàn)間隙，系統(tǒng)模型參數(shù)發(fā)生變化?？傊?，系統(tǒng)存在的多余力矩問題、摩擦問題、間隙問題和系統(tǒng)不確定問

3、題嚴重制約了系統(tǒng)性能的提升。針對上述問題，開展本文的研究工作。
　　首先，建立被動式力矩伺服系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型。針對系統(tǒng)存在的摩擦，采用LuGre模型，并基于最小二乘法和二階阻尼系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線對模型參數(shù)進行了辨識。針對系統(tǒng)存在的間隙，采用描述傳遞力矩與相對位移關(guān)系的死區(qū)模型，并給出了間隙的測量方法。建立了包含舵機系統(tǒng)、加載系統(tǒng)、間隙模型和摩擦模型的被動式力矩伺服系統(tǒng)綜合模型。對多余力矩進行理論推導(dǎo)，分析其產(chǎn)生機理及相關(guān)影響因素。

4、>　　其次，對被動式力矩伺服系統(tǒng)低頻加載過程中的摩擦問題、間隙問題和系統(tǒng)模型不確定問題等非線性影響采用基于反步控制的方法進行抑制。針對摩擦使系統(tǒng)力矩輸出產(chǎn)生死區(qū)和不平穩(wěn)輸出的現(xiàn)象，分別采用前饋補償法、基于觀測器和反步自適應(yīng)控制的方法進行抑制。針對間隙對系統(tǒng)響應(yīng)造成的相位滯后、伺服精度不高、穩(wěn)定性差等方面的影響，分別采用逆模型串聯(lián)補償和基于反步控制的方法進行抑制。針對系統(tǒng)存在的未建模、模型不確定和未知死區(qū)等不確定問題，采用基于RBF神經(jīng)網(wǎng)

5、絡(luò)的反步自適應(yīng)控制方法。
　　再次，對被動式力矩伺服系統(tǒng)加載過程中的非線性和多余力矩問題采用基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法進行補償控制。針對小力矩加載問題，由于摩擦力矩的干擾，加載精度很難保證，采用摩擦模型估計、雙定子電機的內(nèi)定子控制直接補償。為了保證伺服精度和抑制多余力矩的影響，設(shè)計了基于RBF辨識器的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) PID，采用GA+BP的混合算法，提高收斂速度。針對高頻加載問題，采用動態(tài)模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以串并聯(lián)的方式進行辨識多余力矩系統(tǒng)，訓(xùn)練

6、完成后，實時估計多余力矩值并轉(zhuǎn)換成控制量輸入內(nèi)定子控制端，由內(nèi)定子控制補償多余力矩，主定子即外定子承擔(dān)加載任務(wù)。控制器采用結(jié)構(gòu)簡單、魯棒性較強的單神經(jīng)元 PID控制器，由 RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)辨識器提供系統(tǒng) Jacobian信息。針對復(fù)雜的非線性系統(tǒng)高頻加載問題，為了抑制多余力矩，采用基于雙定子電機和多余力矩模型的補償策略，為了抑制非線性影響，采用兩個 DFNN，一個用作辨識器，辨識系統(tǒng)逆模型；一個用作控制器，與常規(guī) PID并聯(lián)。當(dāng)DFNN辨