空氣舵負載模擬器加載系統(tǒng)的控制策略研究.pdf

1、空氣舵作為飛行器的核心部件之一，用于控制飛行器的飛行姿態(tài)和調整及改變飛行軌跡，其性能好壞直接影響飛行器的控制精度和穩(wěn)定性?？諝舛尕撦d模擬器是空氣舵的重要地面試驗設備，用于模擬飛行過程中的載荷，為空氣舵地面實驗提供可靠的實驗保障和技術支持。隨著我國航天和國防事業(yè)的大力發(fā)展，對飛行器提出了更高的要求，研究能夠精確復現(xiàn)飛行過程中力學條件的空氣舵負載模擬器勢在必行。
　　為了精確模擬真實飛行過程中的空氣載荷，負載模擬器不僅要求加載常規(guī)的正

2、弦信號，還要求加載三角信號，甚至更為復雜的多頻復合信號，并要求加載過程中的多余力消除達到95％及以上。為此，論文首先對國內外負載模擬器的技術發(fā)展現(xiàn)狀以及以迭代學習控制為代表的智能控制研究現(xiàn)狀進行了綜述，確立了論文的研究方向以及研究目標。隨后為了實現(xiàn)空氣舵負載模擬器的加載要求，設計了負載模擬器的測控系統(tǒng)。建立了動力機構、加載系統(tǒng)、伺服閥的數學模型和多余力干擾下的系統(tǒng)數學模型，并對系統(tǒng)進行了仿真研究，分析了多余力產生的機理。
　　利用

3、地面試驗的加載載荷具有連續(xù)和重復的特點，針對被控電液伺服系統(tǒng)和加載過程所具有的非線性，在迭代學習控制理論的基礎上提出了一種基于時變引導因子的迭代學習控制策略（Time varying pilot factor-iterative learning control，簡稱TPF-ILC）。證明了TPF-ILC控制策略分別在無多余力干擾和有多余力干擾情況下的系統(tǒng)收斂性，提出了這兩種情況下系統(tǒng)收斂的充分條件。隨后就迭代學習中的關鍵問題——初態(tài)問

4、題進行了理論分析，利用系統(tǒng)的連續(xù)和重復的特性，證明了在TPF-ILC控制策略作用下，即使系統(tǒng)每個迭代周期的初始狀態(tài)不嚴格一致，系統(tǒng)的誤差和初始狀態(tài)依然收斂，突破了迭代學習理論中對初始狀態(tài)要求嚴格一致的理論限制，使得TPF-ILC控制策略具備更好的實用性和更廣的應用范圍。論文研究了TPF-ILC控制策略的魯棒性，明確了系統(tǒng)誤差與干擾之間的關系，為后續(xù)的多余力抑制和消除問題提供了理論依據。
　　在TPF-ILC控制策略的實際應用中，針

5、對系統(tǒng)相位延遲導致誤差不收斂和學習方法失效的問題，將相位延遲因子引入TPF-ILC算法中，利用新提出的多尺度直線擬合方法實時檢測系統(tǒng)的相位延遲，并用該延遲信號對誤差信號進行相位校正，從而提出了對TPF-ILC控制策略的改進。針對改進的TPF-ILC控制策略同樣在理論上進行了收斂性證明，并給出系統(tǒng)收斂的充分條件。
　　實踐中，考慮到加載信號有較為復雜的三角信號和多頻復合信號，以及TPF-ILC控制策略對系統(tǒng)相位的敏感性，傳統(tǒng)數字濾波

6、器由于相頻特性的非線性，其相位延遲會隨外部信號頻率的變化而變化，會導致TPF-ILC控制失效。為此，論文提出了OL-EMD（On line EMD，簡稱OL-EMD）數字濾波算法，能同時兼顧相頻特性和濾波效果。將該濾波算法分別進行了仿真驗證和實驗驗證，驗證結果說明了該濾波方法的有效性。
　　最后，進行了實驗研究。通過6組實驗對改進TPF-ILC控制策略和多余力消除效果進行充分驗證:無多余力干擾和有多余力情況下的正弦波信號加載實驗、