气压模拟系统自调整模糊控制研究

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气压模拟系统是飞行器半实物仿真中的关键设备,为飞行器高度、空速等重要参数的半实物仿真提供高精度、快响应的气压信号。随着半实物仿真需求的发展,气压模拟系统的压力模拟范围不断向更低负压(绝压1-10kPa)靠近,对动静态性能要求也不断提高。本文通过气压模拟系统特性研究,针对系统随压力工作点的非线性与低压工作点的强非对称性,提出了自调整模糊控制策略,并对控制算法进行理论与实验研究,最终实现了气压模拟系统更低负压的高精度控制,且各个压力工作点的控制效果良好、一致。首先,针对气压模拟系统的组成,结合气压传动与真空技术相关理论,建立了气压模拟系统的数学模型,并通过计算机仿真对系统特性进行研究,揭示了系统特性随压力工作点非线性变化且在低压力工作点时系统具有强非对称性。其次,在对系统特性分析的基础上提出采用自调整模糊控制策略。所设计的自调整FPIDC在常规模糊系统中引入积分项,减小了稳态误差,并针对系统中强非线性、非对称性,基于模糊自调整的方法,设计了一种自调整机构对FPIDC(PID类型的模糊控制器)的比例因子在线调整。仿真结果表明,所提出的控制策略能克服系统随压力工作点的非线性及低压时强非对称性对控制性能的影响,明显改善系统动静态性能。最后,搭建了气压模拟系统实验平台,编写了控制软件,对所设计的自调整FPIDC的性能进行了实验研究。自调整FPIDC与常规PID控制器实验对比结果表明,所提出的自调整模糊控制策略可行,系统在大范围内多个压力工作点处获得稳定、一致的控制效果并实现了极低压力的高精度、高动态控制。本文的工作为气压模拟系统的深入研究,尤其是极低压力高精度高动态模拟奠定了良好的基础。
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