电动缸驱动的轴承试验机压力控制系统研究

发布时间：2017-08-04 05:02

  本文关键词：电动缸驱动的轴承试验机压力控制系统研究

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【摘要】：航空飞行器关键部件疲劳性能评价试验机用于对飞行器关键部件装机性能和装机寿命试验与评价,需要模拟实际飞行工况的载荷谱精确控制。由于试验系统的结构和极端工作条件的要求,载荷谱动态、长时间连续的压力载荷控制,本文将伺服电动缸运用到压力系统中。目前伺服电动缸加载系统存在主要的问题是存在由于机械传动系统存在摩擦、间隙等非线性因素,承载对象的控制特性随测试过程改变以及承载对象的周期运动导致的压力控制精度降低。为解决电动缸在压力控制系统中的应用问题,本文以电动缸压力系统为载体,对电动缸驱动的轴承试验机压力系统的载荷扰动原因和抗干扰控制进行研究。首先,本文以电动缸压力系统作为研究对象,介绍了系统的结构和工作原理,并对系统的伺服电机和机械传动建立了数学模型。针对在试验中出现的载荷扰动问题,分别对因承载对象的主动运动和机械系统对系统的扰动进行了原因分析。其次,针对造成系统的扰动因素较多和扰动的精确数学模型不易建立的特点,提出采用自抗扰控制技术完成电动缸压力系统的载荷谱精确控制问题。参照自抗扰控制技术原理,本文设计了基于三阶电动缸压力系统的力闭环自抗扰控制器,通过Matlab仿真,并与采用改造的双TD的线性PID控制器进行控制效果对比,仿真结果表明,在外部条件相同的条件下,自抗扰控制器的控制效果优于基于双TD的PID控制,响应速度更快,系统抗扰动能力更强,满足伺服电动缸压力控制系统加载精度高、试验评价系统载荷谱重复性高的要求。最后,结合电动缸驱动的轴承试验机压力控制系统的特点,完成了控制系统元器件选型、硬件平台搭建和上位机界面、自抗扰控制算法编程等软件设计工作。
【关键词】：电动缸 轴承试验机 多余力矩 压力控制 自抗扰控制器
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V216.8
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义9
• 1.2 电动缸及压力系统研究现状9-12
• 1.2.1 电动缸应用的发展状况9-11
• 1.2.2 试验机压力系统的发展状况11-12
• 1.3 压力控制策略的研究现状12-15
• 1.4 本文的主要研究内容15-17
• 第2章 轴承试验机压力系统的总体分析17-25
• 2.1 引言17
• 2.2 轴承试验机压力系统的结构17-18
• 2.3 轴承试验机压力系统的数学模型18-21
• 2.3.1 交流伺服电机数学模型18-19
• 2.3.2 电动缸加载系统数学模型19-21
• 2.4 轴承试验机压力系统的干扰分析21-24
• 2.4.1 压力系统的多余力矩分析21-22
• 2.4.2 承载对象主动运动的受力分析22
• 2.4.3 机械系统对压力系统的影响22-24
• 2.5 本章小结24-25
• 第3章 自抗扰控制器设计25-41
• 3.1 引言25
• 3.2 自抗扰控制技术原理25-29
• 3.2.1 跟踪微分器TD26-27
• 3.2.2 扩张状态观测器ESO27-28
• 3.2.3 状态误差反馈控制律SEF28-29
• 3.3 自抗扰控制器设计29-40
• 3.3.1 跟踪微分器设计30-36
• 3.3.2 扩张状态观测器设计36-37
• 3.3.3 基于双曲正切函数的反馈控制律设计37-39
• 3.3.4 自抗扰电动缸压力系统的稳定性分析39-40
• 3.4 本章小结40-41
• 第4章 ADRC在轴承试验机压力系统中的应用41-52
• 4.1 引言41
• 4.2 双TD改造的线性PID压力控制41-45
• 4.2.1 双TD的PID控制器设计41-42
• 4.2.2 双TD的PID仿真分析42-45
• 4.3 自抗扰控制器的压力控制仿真研究45-51
• 4.3.1 基于ADRC的压力加载仿真45-50
• 4.3.2 ADRC控制和双TD的PID控制对比50-51
• 4.4 本章小结51-52
• 第5章 轴承试验机压力控制系统软硬件设计52-60
• 5.1 引言52
• 5.2 控制系统组成52-59
• 5.2.1 轴承试验机压力控制系统硬件设计52-55
• 5.2.2 轴承试验机压力控制系统软件设计55-59
• 5.3 本章小结59-60
• 结论60-61
• 参考文献61-65
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果65-66
• 致谢66

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本文编号：617801