[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

本發明公開了一種基于負反饋校正的電動負載模擬器的控制方法，首先建立電動負載模擬器系統的數學模型；然后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，但加載帶寬不滿足加載要求，仍需要對系統進行校正；再對電動負載模擬器系統進行校正；最后引入模糊控制，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；本發明算法簡單，易于實現，且輸出平滑，可有效提高系統的穩定性和魯棒性。

技術領域

本發明涉及無刷直流電機控制技術，特別涉及一種基于負反饋校正的電動負載模擬器的控制方法。

背景技術

負載模擬器是在實驗室的條件下模擬舵機承受空氣鉸鏈力矩的半實物裝置。它可以在實驗室條件下實時的給舵機系統施加載荷以模擬舵面的受力情況，進而可對舵機系統的性能進行模擬測試。整個模擬系統由兩部分組成，負載模擬器系統和舵機系統，也即加載系統和承載系統(或者加載對象和承載對象)。與實物的破壞性的實驗相比，負載模擬器的操作簡單，安全系數高，實驗成本降低，開發周期縮短。而電動負載模擬器是隨著電力電子技術和永磁材料的出現，且電動負載模擬器結構簡單，維護方便，再加上近年來大力矩、低慣量的力矩電機技術和驅動技術的迅速發展而發展起來的。

由于電動負載模擬器的加載電機在對舵機進行力矩加載時是被動的跟隨舵機轉動的，并且加載電機的參數會隨著工作環境的變化而產生攝動，以及加載系統各連接部件之間的摩擦和間隙的存在，都會影響電動負載模擬器的性能，這就需要對電動負載模擬器的控制方法進行研究，通過控制方法來降低這些影響因素對電動負載模擬器性能的影響。現有的電動負載模擬器的控制方法雖然都能滿足一定的控制精度，即“雙十”指標要求(“雙十”指標：是指在系統的最高工作頻率下輸出力矩相比于力矩加載指令幅值變化不大于10％和相角變化不大于10°。)，但控制算法都較復雜。因此需要設計一種控制方法，使電動負載模擬器的性能滿足“雙十”指標的同時，控制算法也得到簡化。

發明內容

本發明的目的在于提供一種電動負載模擬器的控制方法，在簡化控制算法的基礎上，提高負載模擬器系統的穩定性，控制精度和魯棒性。

實現本發明目的的控制方案為：

一種基于負反饋校正的電動負載模擬器的控制方法，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、加載電機驅動器數學模型、彈簧桿的數學模型，根據以上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；