燃气调节阀电动直线模拟加载技术研究

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燃气调节阀是变推力固体发动机的核心部件,它研制若在真实环境中开展,将不可避免的增加试验成本与研制周期。电动直线模拟加载技术是一种在实验室条件下对承载对象进行模拟加载的技术,该技术具有加载精度高、响应快、成本低、安全及无污染等优点。本文针对电动直线模拟加载技术进行深入研究,通过理论分析、数值模拟和试验方法展开对燃气调节阀气体负载力的模拟加载研究。论文的主要研究内容及成果包括以下几个部分:(1)设计了电动直线模拟加载技术总体方案,完成了动圈式电磁直线负载模拟器样机的结构设计。基于模拟加载系统需求分析及电磁场仿真分析,对负载模拟器的结构尺寸进行参数化计算,确定满足性能需求的方案,完成样机研制。(2)建立了电动直线模拟加载系统的数学模型。构建了基于Matlab/Simulink的仿真模型,主要包括电磁直线负载模拟器模型、功率驱动模块、弹性杆模型和燃气调节阀模型,并通过试验验证了仿真模型的精确性。(3)提出了电磁直线负载模拟器的复合控制方法。加载系统中存在多余力问题和摩擦、间隙、参数时变等非线性因素,导致无法获得系统的精确数学模型。前馈补偿控制器可根据承载对象的位置扰动直接确定补偿量,这种直接性的补偿使系统中的惯性多余力降到最低。神经网络具有不依赖被控对象精确数学模型特点,通过自学习与自适应能力可以逼近任意非线性系统。因此本文提出了一种复合控制方法,它由前馈补偿控制器、RBF神经网络辨识器和单神经元PID控制器三部分组成。通过动态仿真研究,分析了复合控制方法下加载系统的力跟随情况及多余力抑制情况。(4)搭建系统的试验平台,进行相关试验研究。完成了系统的软硬件开发,实现了基于复合控制策略的电磁直线负载模拟器试验研究,通过加载力跟踪试验和多余力抑制试验,验证了控制器的实用性与复合控制方法的有效性。
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