飞行仿真转台运动控制的研究

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1、分类号：TP273密级：公开UDC：学校代码：10127硕士学位论文论文题目：飞行仿真转台运动控制的研究英文题目：MotionControlResearchofFlightSimulator学位类别：工程硕士研究生姓名：于楠楠学号：2013022429学科（领域)名称：控制工程指导教师：崔桂梅职称：教授协助指导教师：任彦职称：副教授2015年06月05日内蒙古科技大学硕士（博士）学位论文独创性说明本人郑重声明：所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为

2、获得内蒙古科技大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。签名：日期：关于学位论文使用授权的说明本人完全了解内蒙古科技大学有关保留、使用学位论文（纸质版和电子版）的规定，即：本人唯一指定研究生院有权保留送交学位论文在学校相关部门存档，允许论文在校内被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。在论文作者同意的情况下，研究生院可以转授权第三方使用查阅该论文。（保密的论文在解密后应遵循此规定）签名：导师签名：日期：内蒙古科技大学硕士（博士）学位论文摘要飞行仿真转台是飞行器研制过程中进

3、行地面半实物仿真的关键设备，位置/速度跟踪精度要求非常高。以摩擦力矩为主的诸多非线性及不确定性因素，不仅导致转台系统的精确数学模型无法被建立，而且均以不同程度制约着系统运行性能。特别是在系统低速运行时，摩擦非线性导致转台系统出现“平顶”、“爬行”、“死区”等，跟踪误差较大，跟踪精度明显下降，严重降低飞行器地面半实物仿真的置信度。故设计一种能消除摩擦影响的控制策略对于飞行仿真转台的高性能研究非常有必要。针对此问题，本文研究了一种基于扩张状态观测器的复合控制策略，本文主要包括以下研究内容：（1）以某UUT型立式飞行仿真转台为例，采用经典分析法对转台系统的数学模型建立过程进行

4、研究，建立起特定条件下转台系统的二阶理想简化模型，并配合使用频谱分析法对其相应参数进行拟合辨识。同时也对摩擦非线性对转台造成的不良影响做了相关分析，为了更清楚的认识摩擦现象及为后期设计摩擦补偿奠定相关基础，建立经典Stribeck摩擦模型。（2）从状态观测器出发引申出扩张状态观测器的设计思想，介绍了兼具高精度估计和快速收敛性的线性高增益扩张状态观测器和非线性扩张状态观测器。在转台低速运行阶段，将摩擦视为转台系统的外干扰，提出基于扩张状态观测器的复合控制策略。遵循该复合控制方案，分别设计线性高增益扩张状态观测器和非线性扩张状态观测器实现对转台摩擦的实时估计，同时设计摩擦实

5、时补偿环节实现了转台系统线性化。而待设计的线性化的转台闭环控制环节关乎整个系统的跟踪性能。（3）经典控制方法很难达到理想的控制效果，选用更具鲁棒性等优势的滑模控制思想来设计转台闭环控制环节。为减缓滑模抖振问题并解决传统趋近律不能兼顾趋近速度和收敛时间的弊端，设计一种指、幂结合的新型趋近律。鉴于线性滑模简单易调节的优点，针对转台系统选取合适的线性滑模面函数，并设计相应转台系统闭环线性滑模控制律。为实现转台系统的跟踪误差能在有限时间内迅速收敛为零的控制目的，突破传统线性滑模系统的状态只能渐进收敛的限制，选择非奇异终端滑模面函数，并设计相应转台系统闭环非奇异终端滑模控制律。通

6、过MATLAB仿真验证了基于扩张状态观测器的两种滑模复合控制策略的有效性。I内蒙古科技大学硕士（博士）学位论文（4）在完成对某UUT型立式三轴电动飞行仿真转台的实时操作平台的全面分析后，将转台实时控制程序按照绘图、控制、通讯的模块化形式对上、下位机进行具体介绍，同时给出实时运行界面及具体操作流程。本文将所提的基于新型趋近律的滑模控制方法应用于转台系统的内框上，通过实验验证所提方法的有效性。关键词：飞行仿真转台；摩擦非线性；扩张状态观测器；滑模控制II内蒙古科技大学硕士（博士）学位论文AbstractTheflightsimulatorisaveryimportantde

7、viceusedinthehardware-in-the-loopsimulationoftheflightcontrolsystemontheground.Anditneedsaveryhighposition/speedtrackingaccuracy.However,thenonlinearfrictiondisturbanceleadstheprecisemathematicalmodeloftheturntablesystemcannotbeestablishedandaffectsthetrackingperformanceo