基于模糊PID控制的电动负载模拟器研究.pdf

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1、基于模糊PID控制的电动负载模拟器研究张瑞，王志胜，胡洲(南京航空航天大学自动化学院，江苏南京210016)ControllerDesignofElectricTorqueSimulatorBasedonFuzzyPIDControlZHANGRui，WANGZhi—sheng，HUZhou(CollegeofAutomationEngineering，NanjingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Nanjing210016，China)摘要：介绍了电动负载模拟器的系统结构和工拟器性能的高低直接关系到仿真和测试试验的可靠作原理，分析了

2、所存在的摩擦现象对负载模拟器控性和置信度，是保证航空、航天型号产品、武器系统制系统的影响，建立了负载模拟器系统的数学模型。精度和性能的基础_l1]。针对负载模拟器设计中主要存在的控制问题，采用工程应用实践表明，电动负载模拟器系统存在模糊自适应整定PID控制方法设计控制器，消除摩的控制问题主要体现在多余力矩的抑制和系统的非擦等非线性因素对系统的影响，并基于结构不变性线性特征。电动负载模拟器在施加载荷的同时需要原理设计前馈补偿以抑制多余力矩。跟随舵机运动，舵机的运动对于加载系统来说是一关键词：电动负载模拟器；摩擦；模糊自适应整种影响很大的扰动，该扰动力矩被称为多余力矩，因定PID；多

3、余力矩；前馈补偿此只要舵机有运动，多余力矩就不可避免]。负载中图分类号：TP273模拟器系统中存在着许多非线性环节，如间隙、加载文献标识码：A电机电枢电阻和电枢电感随时间变化，以及连接机文章编号：1001—2257(2012)10—0043一O3构的阻尼系数和驱动器放大系数随工作状态发生的Abstract：Structureandworkingprincipleofe—变化等[3]。在众多的非线性中，各种摩擦所带来的lectricloadsimulatorwereintroduced，frictionon影响尤为剧烈，这些摩擦直接影响系统的加载精度。influenceofelec

4、tricloadsimulatorwasanalyzed，因此，在分析电动负载模拟器控制系统特点的andmathematicalmodeloftheloadsimulatorwas基础上，提出模糊自适应整定PID控制算法，并进established．TheadaptivefuzzyPIDsettingcontrol行了仿真实验。methodwasproposedtodesignthecontrollerforeliminatingfrictionnonlinearfactoroninfluenceof1电动负载模拟器建模及分析electricloadsimulator，andfe

5、ed—forwardcompen—电动负载模拟器的结构原理如图1所示，它是sationbasedonstructuredeformationprinciplewas以转矩为控制量的直流电机伺服系统，采用PWMproposedtorestrainsurplustorque．驱动装置，驱动直流力矩电机对加载对象实现力矩Keywords：electricloadsimulator；friction；a—加载，加载系统通过连接机构与承载对象相连，对其daptivefuzzyPID；surplustorque；feed—forward加载并随之运动。compensation电动负载模拟器系

6、统有很多环节存在着非线性，其中各种摩擦所导致的影响最突出，这些摩擦直0引言接带来系统的跟踪误差。由于粘性摩擦与对象运动直负载模拟器是在实验室条件下，合理地模拟飞矩行器在运行过程中所受真实载荷的半实物仿真设备，用于对飞行器舵机系统进行加载试验。负载模收稿日期：2012—07—19图1电动负载模拟器的机械结构《机械与电子}2012(10)·43·速度成正比，已在系统线性方程中有所考虑，所以这控制系统中摩擦的存在会引起爬行现象和附加里所指的摩擦力矩仅为静摩擦力矩和库仑摩擦力误差，有时还可能引起极限环振荡。传统电动负载矩。考虑到摩擦力矩的影响，系统受力平衡方程为：模拟器控制系统为了减小稳

7、态误差往往需要引入误差信号的积分控制，然而摩擦的存在会和积分环节To．=J+B警++M，相互作用而导致极限环振荡，这就大大限制了积分T为加载电机电磁转矩；J为电枢转动惯量；的程度，影响跟踪精度。为了抑制摩擦的影响，通常B为加载电机阻尼系数；0为加载电机角位移；的做法是增大这些环节前的增益，以减小它们引起M为加载电机输出转矩；Ms为作用在输出轴上的的内扰误差。但是仅仅依靠这些措施是不够的，需摩擦力矩。要从控制策略的角度加以补偿。最常用的摩擦模型为]：2模糊自适应整定PID控制器设计