电动伺服加载系统控制算法研究

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伺服加载系统是一种重要的半实物仿真设备,主要用于模拟伺服机构在实际运行中所受到的真实负载,常用于军事、国防和航空航天等工业领域。伺服加载系统可控性强、操作简单,可以为伺服系统提供可靠的实验数据,缩短研制周期、节省研发经费。本文结合某伺服系统测试设备研制的预研项目,对电动伺服加载系统的控制算法进行了研究。  首先,建立了电动伺服加载系统的数学模型,并在此基础上分析了多余力矩的产生机理及其影响因素。为了消除加载系统的多余力矩,分别设计了基于结构不变性原理的位置前馈补偿控制器和角速度前馈补偿控制器,并进行了相应的仿真。  其次,加载系统在实际运行时会受摩擦干扰影响其性能,为此建立了摩擦模型并设计了摩擦前馈补偿控制器以克服摩擦对系统的干扰。另外,针对其他难以建模的干扰,设计了干扰观测器,用以消除各种形式的外部干扰。  然后,针对传统PID控制器存在的不足,设计了模糊自适应PID控制器,并将其用作加载系统的力矩环控制器。模糊自适应PID控制器结合了传统PID控制和模糊控制的优点,具有较好的自适应性,不需要建立精确的数学模型,取得了较好的控制效果。  最后,在分析了小脑模型的基础上,设计了CMAC+PID复合控制器。CMAC神经网络具有计算量小、实时性高、收敛速度快等优点。另外,针对常规CMAC收敛速度和稳态性能之间的矛盾,提出了基于Sigmoid函数的改进算法,采用变学习率替代传统的恒定学习率,取得了较好的效果。
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