基于负载模拟器的侧杆操纵系统设计

摘 要

　　被动侧杆装置相比传统中央驾驶杆有很多优点。电动加载方式是实现侧杆驾驶装置的基本方式。系统中的外界输入包括位移和力矩系统，驾驶人员通过操纵侧杆进行位移，对力矩系统造成输入的同时获取力矩系统的力矩反馈，驾驶人员通过获得驾驶杆上的力反馈从而感知手动侧杆操纵带来的影响。

　　首先，本文介绍了使用自适应技术的侧杆操纵相关学术领域发展史，通过国内外发展概况，总结得出当前有哪些学术空白与不足之处。还介绍了被动侧杆操纵的特点，本文使用的研究方法，为后面章节铺垫了基础。

　　其次，介绍了基于自适应技术的侧杆操纵系统的硬件组成，详细介绍了硬件平台的设计和选型，为后面的数学建模奠定了基础。另外，探讨了侧杆操纵系统的研究基础，分析了液压加载模式和电动加载模式。经过对两种加载模式进行对比，由于伺服电动加载方式设备体积小，维护简单，故障诊断也较为容易，本文选择了伺服电动加载系统作为侧杆操纵系统的研究基础。

　　再次，以横向通道为例，建立数学建模，数学模型包括位置系统和加载系统两部分。对系统控制策略进行分析介绍，对于伺服电动加载方式，考虑如何抑制多余力矩是很有必要的，可以从软件和硬件两个方面减少多余力矩对于系统的影响。系统采用加入电流环校正的闭环 PID控制与多余力矩前馈补偿控制相结合的控制策略。

　　最后，运用反馈控制的设计思想，同时对实际系统进行试验测试和进行仿真分析，为了更好的对比实际与仿真的工作状况，取相同的输入并尽量保证试验和仿真的一致性，将仿真工作曲线与实际工作曲线对比分析，得出响应结论，验证操纵系统的性能。

　　关键词：伺服控制，多余力矩，电动加载系统，自适应技术
 

目 录

　　第 1 章 绪论

　　1.1 研究背景

　　1.1.1 基于自适应技术的侧杆操纵概述

　　侧杆驱动装置，是一种利用左右手臂操纵的飞行控制器，也被称作侧杆操纵器、上半身控制器或者侧杆手臂操纵器。侧杆与它的前任中央集成杆相比，做了很多改进和提升。当然也有人称呼侧杆为侧面杆、侧面被动杆或侧面转向杆。机械转向式、被动转向式和侧杆转向式为侧杆的三种基本类型。本文提到了自适应技术，它是一种描绘智能制造部件的定义。自适应侧杆操纵的时候如果目标改变，会自动调整优化。自适应技术为研制人员提供一种新型的思路和研制路线。

　　侧杆又分为主动侧杆和被动侧杆，它们的区别在于，主动侧杆为驾驶人员能实时操纵的侧杆，具有触感反馈和感觉特性；被动侧杆操纵装置的定义为，一种感觉特性或触感反馈，它缺少实时、主动控制的飞行人员，由工控计算机接受电信号，被动的弹簧或者阻尼特性的侧杆操纵装置带来了任何触感或阻抗。

　　本文基于自适应技术的侧杆操纵展开研究。
 

1.1.2 侧杆操纵的特点
　　1.2 国内外发展现状
　　1.3 侧杆操纵的研究基础
　　1.4 本论文主要内容

　　第 2 章 操纵系统的结构设计

　　2.1 引言
　　2.2 操纵系统结构组成
　　2.3 操纵系统硬件设计
　　2.4 小结

　　第 3 章操纵系统的数学模型的建立

　　3.1 引言
　　3.2 直流伺服力矩电机的数学模型
　　3.3 扭矩传感器的数学模型
　　3.4 PWM 电机驱动器的数学模型
　　3.5 力矩系统的数学模型
　　3.6 综合的数学模型
　　3.7 多余力矩特性分析
　　3.8 小结

　　第 4 章 控制系统的设计与仿真分析

　　4.1 PID 控制算法
　　4.2 系统闭环控制器的设计
　　4.3 多余力矩的前馈补偿抑制
　　4.4 小结

　　第 5 章 基于负载模拟器的侧杆操纵系统设计

　　5.1 引言
　　5.2 基于自适应思想控制率设计
　　5.3 操纵系统试验测试
　　5.4 小结

　　第 6 章 结论

　　参考文献