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题目：
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雅宝题库解析：
电动加载系统是一类典型的被动式力（力矩）伺服系统，其主要应用就是负载模拟器。负载模拟器是航空飞行器地面半实物仿真系统中的一个关键设备，其主要作用是模拟飞行器在飞行过程中舵面所承受的气动力矩载荷。随着现代航空工业的飞快发展，对飞行器的控制精度和机动性能的要求也不断提高，从而对加载系统的加载精度和动态性能也提出了更高的要求。本论文以电动加载系统为研究对象，分析电动加载系统的特点，对其控制算法和关键技术题目展开研究。相对于电液加载系统而言，对电动加载系统的研究目前仍处于起步阶段，电动加载系统的特点和题目需要不断地探索和研究。电动加载系统除了受到强位置/速度扰动的鲜明特点以外，还是一个具有复杂不确定性和非线性的伺服控制系统。本论文对以直接驱动力矩电机为驱动部件的电动加载系统进行研究，首先建立了由加载系统和舵机系统组成的电动负载模拟器的非线性数学模型，通过模型辨识技术，分别对加载系统的开环模型和舵机系统的闭环模型进行辨识，为后面的控制算法研究奠定基础。然后，本文从以下几个方面展开研究工作。（1）电动加载系统是一个高度非线性的系统，受到许多参数不确定性和不确定非线性的影响，同时更是受到非线性摩擦的影响。摩擦的存在严重影响力矩伺服系统的控制精度，因此在进行电动力矩伺服系统控制器设计的时候，不得不考虑摩擦的存在。在伺服系统中，广泛采用LuGre动态摩擦模型进行摩擦补偿，但是由于其模型参数多且难以辨识同时内部状态不可测量，因此LuGre模型的使用也使得控制器的设计难度大大增加。本文将介绍一种基于新型进化算法的LuGre摩擦参数辨识技术，通过新型进化算法寻求各个参数的最优估计值，从而有效的提高摩擦参数的辨识精度。由于LuGre模型的内部状态不可测量，所以必须构建观测器对其进行在线估计，但是传统的LuGre模型观测器在接触表面相对运动速度超过一定阈值时会变得不稳定。针对这一题目，本文提出一种基于非连续映射和光滑切换函数的高速稳定的LuGre摩擦模型，克服了传统LuGre模型观测器在高速情况下的不稳定题目。（2）电动加载系统采用力矩电机作为驱动部件，但是力矩电机对参数不确定性和非线性扰动等因素比较敏感，因此本文提出了一种自适应鲁棒力矩控制算法，其在存在系统非线性的情况下同时保证系统动态响应性能和稳态力矩跟踪精度。采用基于自适应鲁棒李雅普诺夫函数的反演法对每一步控制算法进行详细设计。在自适应鲁棒力矩控制算法中，采用基于非连续映射的参数自适应律对系统参数进行在线自适应估计，从而减小参数不确定性对系统控制性能的影响。另外负载模拟器研究中的一个主要题目是如何抑制由被测舵机的主动运动引起的多余力矩。本文在多余力矩产生机理的理论分析基础上，采用被测舵机的辨识模型的速度输出作为舵机真实运动速度的一个估计值，将充分体现在控制算法的设计中，从而有效地抑制多余力矩的影响。实验验证了该算法的有效性。（3）自适应鲁棒力矩控制算法虽然能取得不错的控制效果，但是其对系统模型和参数的辨识精度要求较高，算法实现比较复杂。因此，本文提出了一种基于小增益定理和输入状态稳定性的自适应模糊力矩控制算法，主要针对系统中存在的不确定参数和未建模动态等非线性因素。采用Takagi-Sugeno模糊逻辑系统对系统中由不确定参数和未建模动态引起的非线性未知系统方程进行补偿。该算法的优点是在由反演法设计的每一步控制律中只有一个参数需要在线调整，这样就使得控制器的结构相对简单，从而更加容易在实际加载系统中实现。为了使得自适应模糊力矩控制算法同样具有抑制多余力矩的能力，该算法同样使用了舵机辨识模型的速度输出作为加载系统的速度同步信号。最后采用小增益定理对闭环系统的稳定性进行证明，随后给出了该算法在电动加载系统上的应用实验。 |
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发表于 2022-5-11 09:42:24
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