电动舵机负载模拟器设计和的研究

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1、硕士学位论文电动舵机负载模拟器设计与研究THEDESIGNANDRESEARCHOFELECTRICALACTUATORLOADSIMULATOR王超2010年6月国内图书分类号：TP13学校代码：10213国际图书分类号：621.3密级：公开工学硕士学位论文电动舵机负载模拟器设计与研究硕士研究生：王超导师：李铁才教授申请学位：工学硕士学科：电气工程所在单位：深圳研究生院答辩日期：2010年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TP13U.D.C:621.3DissertationfortheMasterDegreeofEngineeringTHEDESIGNA

2、NDRESEARCHOFELECTRICALACTUATORLOADSIMULATORCandidate：WangChaoSupervisor：Prof.LiTiecaiAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：ElectricalEngineeringAffiliation：ShenzhenGraduateSchoolDateofDefence：June,2010DegreeConferringInstitution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要电动舵机负载模

3、拟器是一种重要的地面半实物仿真设备，模拟飞行器在飞行过程中舵面所承受的气动力载荷。多年来，负载模拟技术的研究一直是航空航天领域的重要课题，本文着重对电动舵机负载模拟系统的特性、控制方法及控制器软硬件设计进行了分析及探讨。首先，分析了电动负载模拟器的组成及工作原理，建立了负载模拟器系统的数学模型，基于系统模型，详细分析了电动负载模拟器的特性，得出结论：多余力矩产生的根本在于舵机的运动，间接表现为加载电机的惯性、电磁多余力矩；同时连接刚度对多余力矩与系统开环频率特性的影响相反，具体选择时要折中考虑。其次，具体分析电动负载模拟器系统的控制算法。首先采用结构不变性前馈补偿方案消除系统的多余力矩干

4、扰；其次采用力矩变化速度反馈首先改善系统的阻尼特性，然后利用PI控制器提高系统的频宽及跟踪精度，最后探索智能算法，将模糊控制器与PI控制器通过切换函数合理组合为模糊-PI控制器，解决单纯PI控制下系统阶跃响应超调量大、无法避免的问题。并在本文最后仿真验证了所设计控制器的性能。最后，完成基于FPGA的控制器硬件电路的设计。对于软件部分的设计提出了基于状态机的四倍频电路设计方法，提高舵机位置、速度检测精度；并利用直接数字频率合成技术（DDS）产生正弦加载信号，通过仿真和实验验证了设计方法的正确性。关键词：电动负载模拟器；多余力矩；前馈补偿；模糊-PI控制-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文A

5、bstractElectricalactuatorloadsimulatorisanessentialequipmentofthehardware-in-loopsimulationsystem,whichisusedtosimulatetheaerodynamictorqueloadontherudderofaerocraftintheprocessofflight.Loadsimulationtechnologyhasbeenanimportanttaskinthefieldofnavigationandspaceflightovertheyears.Thispaperanalyse

6、sanddiscussesthecharaceristicsofelecricalloadsimulator,controlmethodsandthedesignofcontroller’sharderwareandsoftware.Firstly,thestructureandworkingprincipleofelectricalloadsimulatorareanalyzed,andestablishmathematicalmodelofthesystem.Basedonsystemmodel,throughadetailedanalysisofthecharacteristics

7、ofeletricalloadsimulator,itisconcludedthat:extraneoustorquegeneratedbythemovementofactuator,indirectlyreflectedbyloadinertiaandelectromagneticextraneoustorque;Simultaneously,thestiffnessbetweenloadsimulatorandactuatorp