[發明專利]基于負反饋校正的電動負載模擬器的控制方法

在審

• 申請號: 202010169158.7
• 申請日: 2020-03-12
• 公開（公告）號: CN111399377A
• 公開（公告）日: 2020-07-10
• 發明（設計）人: 劉梁;賈東旭;徐照平
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 汪清

1.一種基于負反饋校正的電動負載模擬器的控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1、建立電動負載模擬器系統的數學模型：包括加載電機的數學模型、加載電機驅動器的數學模型、彈簧桿的數學模型，根據上述三個數學模型建立電動負載模擬器的完整數學模型；

步驟2、對所建立的電動負載模擬器系統進行穩定性分析：如果系統不穩定，則需對系統校正；如果系統穩定，但加載帶寬不滿足具體加載要求，仍需要對系統進行校正；

步驟3、對電動負載模擬器系統進行校正：采用PI控制和力矩微分負反饋對系統進行校正；

步驟4、引入模糊控制，設計自適應模糊PI控制器，通過自整定PI控制器的比例系數K_P、積分系數K_I和進一步調節力矩微分負反饋的時間常數K_fd的值來提高系統的控制精度和魯棒性：計算力矩輸入信號T_in與反饋的系統輸出力矩T_L形成的力矩誤差信號e和誤差變化率ec，誤差信號e和誤差變化率ec進入到自適應模糊PI控制器，根據模糊控制規則對比例系數K_P和積分系數K_I進行整定，整定后得到的比例系數K_P和積分系數K_I進入到PI控制器，電動負載模擬器的輸出力矩T_L經過力矩微分負反饋反饋到PI控制器的輸出端，通過調整反饋環節的時間常數K_fd可以改善系統的穩定性，并加入慣性環節作為低通濾波器，PI控制器的輸出與力矩微分負反饋的反饋信號形成最終的控制信號對電動負載模擬器進行控制，得到系統輸出力矩T_L；

其中τ為低通濾波器的時間常數，s為拉普拉斯變換的復變量。

2.根據權利要求1所述的控制方法，其特征在于，步驟1建立電動負載模擬器的完整數學模型為：

T_L(s)＝U_m(s)G₁(s)-θ_r(s)G₂(s)

其中，

其中T_L(s)為電動負載模擬器的輸出力矩；U_m(s)為驅動器的輸入電壓；θ_r(s)為舵機轉角；K_PWM為驅動器的功率放大系數；T_A為彈簧桿剛度系數；L_a為電機繞組電感；R_a為電機繞組電阻；J_a為電機轉動慣量；K_ea為電機反電動勢系數；K_ta為電機轉矩系數；B_a為電機阻尼系數；s為拉普拉斯變換的復變量。

3.根據權利要求1所述的控制方法，其特征在于，步驟2進行穩定性分析具體判定過程如下：

令舵機的轉角指令θ_r＝0，可得系統的開環傳遞函數，根據系統的開環傳遞函數繪制系統的開環頻率特性bode圖，如果相角裕度和幅值裕度都大于零則原系統穩定，否則不穩定則需對系統校正；如果系統穩定，繪制系統的無擾閉環頻率特性bode圖，根據“雙十”指標，在bode圖中讀取出系統在滿足“雙十”指標要求下的加載帶寬是否滿足具體的加載要求，如果不滿足則需要對系統進行校正。

4.根據權利要求3所述的穩定性判定方法，其特征在于，所述系統的開環傳遞函數為：

其中K_ea為電機反電動勢系數；K_ta為電機轉矩系數；B_a為電機阻尼系數；s為拉普拉斯變換的復變量；T_A為彈簧桿剛度系數；L_a為電機繞組電感；R_a為電機繞組電阻；J_a為電機轉動慣量。