[发明专利]基于负反馈校正的电动负载模拟器的控制方法

权利要求书

1.一种基于负反馈校正的电动负载模拟器的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、建立电动负载模拟器系统的数学模型：包括加载电机的数学模型、加载电机驱动器的数学模型、弹簧杆的数学模型，根据上述三个数学模型建立电动负载模拟器的完整数学模型；

步骤2、对所建立的电动负载模拟器系统进行稳定性分析：如果系统不稳定，则需对系统校正；如果系统稳定，但加载带宽不满足具体加载要求，仍需要对系统进行校正；

步骤3、对电动负载模拟器系统进行校正：采用PI控制和力矩微分负反馈对系统进行校正；

步骤4、引入模糊控制，设计自适应模糊PI控制器，通过自整定PI控制器的比例系数K_P、积分系数K_I和进一步调节力矩微分负反馈的时间常数K_fd的值来提高系统的控制精度和鲁棒性：计算力矩输入信号T_in与反馈的系统输出力矩T_L形成的力矩误差信号e和误差变化率ec，误差信号e和误差变化率ec进入到自适应模糊PI控制器，根据模糊控制规则对比例系数K_P和积分系数K_I进行整定，整定后得到的比例系数K_P和积分系数K_I进入到PI控制器，电动负载模拟器的输出力矩T_L经过力矩微分负反馈反馈到PI控制器的输出端，通过调整反馈环节的时间常数K_fd可以改善系统的稳定性，并加入惯性环节作为低通滤波器，PI控制器的输出与力矩微分负反馈的反馈信号形成最终的控制信号对电动负载模拟器进行控制，得到系统输出力矩T_L；

其中τ为低通滤波器的时间常数，s为拉普拉斯变换的复变量。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，步骤1建立电动负载模拟器的完整数学模型为：

T_L(s)＝U_m(s)G₁(s)-θ_r(s)G₂(s)

其中，

其中T_L(s)为电动负载模拟器的输出力矩；U_m(s)为驱动器的输入电压；θ_r(s)为舵机转角；K_PWM为驱动器的功率放大系数；T_A为弹簧杆刚度系数；L_a为电机绕组电感；R_a为电机绕组电阻；J_a为电机转动惯量；K_ea为电机反电动势系数；K_ta为电机转矩系数；B_a为电机阻尼系数；s为拉普拉斯变换的复变量。

3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，步骤2进行稳定性分析具体判定过程如下：

令舵机的转角指令θ_r＝0，可得系统的开环传递函数，根据系统的开环传递函数绘制系统的开环频率特性bode图，如果相角裕度和幅值裕度都大于零则原系统稳定，否则不稳定则需对系统校正；如果系统稳定，绘制系统的无扰闭环频率特性bode图，根据“双十”指标，在bode图中读取出系统在满足“双十”指标要求下的加载带宽是否满足具体的加载要求，如果不满足则需要对系统进行校正。

4.根据权利要求3所述的稳定性判定方法，其特征在于，所述系统的开环传递函数为：

其中K_ea为电机反电动势系数；K_ta为电机转矩系数；B_a为电机阻尼系数；s为拉普拉斯变换的复变量；T_A为弹簧杆刚度系数；L_a为电机绕组电感；R_a为电机绕组电阻；J_a为电机转动惯量。