● 摘要
电动伺服系统在航空航天领域的主要应用是在地面实验室环境下经济、有效地模拟飞行器在飞行过程中在舵面上所受到的气动力矩载荷，对飞行器的舵机位置伺服机构进行力（力矩）加载，测试飞行器舵机系统的性能，完成整个飞行控制系统的半实物仿真。但是，要保证地面试验与空中真实飞行相对应，就要求动态载荷的复现足够准确。但加载过程中舵机系统产生的多余力矩又大大影响了加载系统的跟踪精度，成为电动伺服系统的主要控制问题之一。本文的主要内容就是研究多余力矩消除的相关控制方法。本文首先针对电动伺服系统建立数学模型，重点考虑了电机驱动器的影响，对驱动器的特性进行了分析，增加了固有电流环。随后对多余力矩的产生机理和影响做进一步分析，对多余力矩速度、加速度、加加速度的影响分别讨论，设计基于结构不变性的前馈补偿控制器，同时添加PID控制器保证系统稳定性。另外，分析了引入不同信号，包括加载系统角速度、加载系统电流和舵机电枢电压情况下的多余力矩补偿效果。考虑到电动伺服系统的一些非线性因素通过线性的控制方法难以解决，本文利用鲁棒性较强的滑模变结构控制，以兼顾非线性补偿和稳态精度两方面的要求。作为一种非线性控制方法，滑模变结构控制在实现滑动模态的时候和系统的外加干扰和参数摄动无关。理论分析和仿真实验也表明，滑模变结构控制能够有很好的跟踪性能。另外，考虑到实际工程中，系统的参数估计有一定误差，论文最后又提出了基于积分切换函数的变结构自适应控制方法，同时可以有效的削弱滑模控制中的抖振问题。本文通过对电动伺服系统的分析建模，使用线性的前馈补偿控制方法和非线性滑模变结构控制方法，能够有效的抑制多余力矩，保证系统良好的动态性能。