航空机轮刹车试验台计算机控制系统设计与研究
摘要
本论文研究的内容来自于兴平华兴公司航空机轮刹车试验台的第二期技术改造项目。主要研究实验台液压系统的计算机控制系统设计实现问题。研究的重点是位置和载荷控制两个部分。
论文首先介绍二期改造系统设计方案，包括系统的选型、计算机网络的连接和硬件的配置。随后采用理论分析与系统辨识的方法建立了位置控制系统与载荷控制系统的数学模型，在此基础上针对系统设计了PID控制器，给出PID的控制参数，其次针对载荷控制系统的数学模型参数变化、干扰较大的情况，应用H_(?)鲁棒控制理论设计出载荷鲁棒控制器，仿真结果比较表明，鲁棒控制的效果优于PID控制。为验证所设计控制器的效果，建立了半实物仿真系统，对位置控制系统与载荷控制系统进行了检验。结果表明本论文建立的系统数学模型是合理的，控制器满足系统要求。
This thesis is derived from the second stage of the technical improvement project of the Aircraft Tyre Wheel and Brake Test Dynamometer which focuses on the design and realization of the computer control system. The main effort of this paper is on the design of position control and load control.
Firstly, the thesis finished the design of the second stage of technical improvement scheme,including selection of control system, connection of network and hardware configuration.Next,the mathematical model of Position&Load control system is obtained from the theory analysis and system identification, Then the classical PID control scheme are applied to this model and the parameters and simulations of classical PID control are given as the result. Considering the variety of the model parameters and great disturbance .the H-infinity controller is used, the result indicates that the H-infinity controller is better than the PID controller. The semi-physical simulation system is established to test the position and load control system, the results show that the established mathematical model is reasonable and the controller meet the demand of the whole system design.
论文首先介绍二期改造系统设计方案，包括系统的选型、计算机网络的连接和硬件的配置。随后采用理论分析与系统辨识的方法建立了位置控制系统与载荷控制系统的数学模型，在此基础上针对系统设计了PID控制器，给出PID的控制参数，其次针对载荷控制系统的数学模型参数变化、干扰较大的情况，应用H_(?)鲁棒控制理论设计出载荷鲁棒控制器，仿真结果比较表明，鲁棒控制的效果优于PID控制。为验证所设计控制器的效果，建立了半实物仿真系统，对位置控制系统与载荷控制系统进行了检验。结果表明本论文建立的系统数学模型是合理的，控制器满足系统要求。
This thesis is derived from the second stage of the technical improvement project of the Aircraft Tyre Wheel and Brake Test Dynamometer which focuses on the design and realization of the computer control system. The main effort of this paper is on the design of position control and load control.
Firstly, the thesis finished the design of the second stage of technical improvement scheme,including selection of control system, connection of network and hardware configuration.Next,the mathematical model of Position&Load control system is obtained from the theory analysis and system identification, Then the classical PID control scheme are applied to this model and the parameters and simulations of classical PID control are given as the result. Considering the variety of the model parameters and great disturbance .the H-infinity controller is used, the result indicates that the H-infinity controller is better than the PID controller. The semi-physical simulation system is established to test the position and load control system, the results show that the established mathematical model is reasonable and the controller meet the demand of the whole system design.
引文
[1]方崇智、萧德云，过程辨识，清华大学出版社，1998年8月
[2]吴麟，自动控制原理(上、下册)，清华大学出版社
[3]陈炳和，计算机控制系统基础，北京航空航天出版社，2001年8月
[4]徐昕、李涛、伯晓晨等，Matlab工具箱应用指南—控制工程篇，电子工业出版社
[5]薛定宇，反馈控制系统设计与分析—Matlab语言应用，清华大学出版社，2000年4月
[6]蒋慰孙、叶银忠，多变量控制系统分析与设计，中国石化出版社，1997年4月
[7]韩京清、许可康，线性控制系统理论—构造性方法，科学出版社
[8]胡泓、姚伯威，机电一体化原理及应用，国防工业出版社，1996年6月
[9]李福义，液压技术与液压伺服系统，哈尔滨工程大学出版社
[10]李连升、刘绍球，液压伺服理论与实践，国防工业出版社
[11]孙文质，液压控制系统，国防工业出版社，1985年12月
[12]林国重、盛东初，液压传动与控制，北京理工大学出版社，1986年6月
[13]孙廷才、王杰、孙中健，工业控制计算机组成原理，清华大学出版社，2001年5月
[14]顾洪军等，工业企业网与现场总线技术及，应用人民邮电出版社，2002年4月
[15]王常力、罗安，散控制系统选型与应用，清华大学出版社，1996年6月
[16]陈宇、段鑫，可编程控制器基础及编程技巧，华南理工大学出版社，2002年3月
[17]齐蓉，可编程计算机控制器高级技术，西北工业大学出版社，2002年8月
[18]张宇河、金钰，计算机控制系统，北京理工大学出版社，1996年4月
[19]周雪琴，计算机控制系统，西北工业出版社，1998年11月
[20]金以慧，过程控制，清华大学出版社，1993年4月
[21]王树青，先进控制技术及应用，化学工业出版社，2001年7月
[22] 申铁龙，H_∞控制理论及应用，清华大学出版社，1996年11月
[23] 柴天佑，多变量自适应解耦控制及应用，科学出版社，2001年3月
[24] 王广雄，“H_∞控制器的LMI算法分析”，电机与控制学报，2002年3月
[25] 王广雄，“H_∞控制中的LMI法”，电机与控制学报，1997年6月
[26] 吴旭东、解学书，“H_∞鲁棒控制中的加权阵选择”，清华大学出版1997年第1期
[27] 谢光华、曾庆福，“基于线性矩阵不等式的结构摄动系统的H_∞鲁棒控制”，推进技术，1999年8月
[28] 贾志勇等，“基于H_∞控制液压伺服系统鲁棒性设计”，机床与液压，1998年5期
[29] Zames G. Feedback and optimal sensitivity: model reference transformations, multiplicative seminors, and approximate inverses. IEEE Transaction on Automatic Control, 1981,26:301-320
[30] Doyle J, Stein G. Mulitivariable feedback design: concepts for SISO feedback systems. IEEE Transaction on Automatic Control, 1981, 26(1)4-16
[31] Valery A. Ugrinovskii. Ian R. Petersen, "Robust output feedback stabilization via risk-sensitive control", School of Electrical Engineering, Australian Defence Force Academy, Canberra ACT 2600, Australia
[32] Jianping Gao, BiaoHuang, Zidong Wang "LMI-based robust H_∞ control of uncertain linear jump systems with time delays" Automatic 37(2001)
[33] LiXie, Dingyu Xue, Shiu Kit Tso, "On the two-degree-of-freedom Wiener-Hopf optimal design with tracking and disturbance rejection Constraints", Automatic 36, PP1897-1904, 2000
[2]吴麟，自动控制原理(上、下册)，清华大学出版社
[3]陈炳和，计算机控制系统基础，北京航空航天出版社，2001年8月
[4]徐昕、李涛、伯晓晨等，Matlab工具箱应用指南—控制工程篇，电子工业出版社
[5]薛定宇，反馈控制系统设计与分析—Matlab语言应用，清华大学出版社，2000年4月
[6]蒋慰孙、叶银忠，多变量控制系统分析与设计，中国石化出版社，1997年4月
[7]韩京清、许可康，线性控制系统理论—构造性方法，科学出版社
[8]胡泓、姚伯威，机电一体化原理及应用，国防工业出版社，1996年6月
[9]李福义，液压技术与液压伺服系统，哈尔滨工程大学出版社
[10]李连升、刘绍球，液压伺服理论与实践，国防工业出版社
[11]孙文质，液压控制系统，国防工业出版社，1985年12月
[12]林国重、盛东初，液压传动与控制，北京理工大学出版社，1986年6月
[13]孙廷才、王杰、孙中健，工业控制计算机组成原理，清华大学出版社，2001年5月
[14]顾洪军等，工业企业网与现场总线技术及，应用人民邮电出版社，2002年4月
[15]王常力、罗安，散控制系统选型与应用，清华大学出版社，1996年6月
[16]陈宇、段鑫，可编程控制器基础及编程技巧，华南理工大学出版社，2002年3月
[17]齐蓉，可编程计算机控制器高级技术，西北工业大学出版社，2002年8月
[18]张宇河、金钰，计算机控制系统，北京理工大学出版社，1996年4月
[19]周雪琴，计算机控制系统，西北工业出版社，1998年11月
[20]金以慧，过程控制，清华大学出版社，1993年4月
[21]王树青，先进控制技术及应用，化学工业出版社，2001年7月
[22] 申铁龙，H_∞控制理论及应用，清华大学出版社，1996年11月
[23] 柴天佑，多变量自适应解耦控制及应用，科学出版社，2001年3月
[24] 王广雄，“H_∞控制器的LMI算法分析”，电机与控制学报，2002年3月
[25] 王广雄，“H_∞控制中的LMI法”，电机与控制学报，1997年6月
[26] 吴旭东、解学书，“H_∞鲁棒控制中的加权阵选择”，清华大学出版1997年第1期
[27] 谢光华、曾庆福，“基于线性矩阵不等式的结构摄动系统的H_∞鲁棒控制”，推进技术，1999年8月
[28] 贾志勇等，“基于H_∞控制液压伺服系统鲁棒性设计”，机床与液压，1998年5期
[29] Zames G. Feedback and optimal sensitivity: model reference transformations, multiplicative seminors, and approximate inverses. IEEE Transaction on Automatic Control, 1981,26:301-320
[30] Doyle J, Stein G. Mulitivariable feedback design: concepts for SISO feedback systems. IEEE Transaction on Automatic Control, 1981, 26(1)4-16
[31] Valery A. Ugrinovskii. Ian R. Petersen, "Robust output feedback stabilization via risk-sensitive control", School of Electrical Engineering, Australian Defence Force Academy, Canberra ACT 2600, Australia
[32] Jianping Gao, BiaoHuang, Zidong Wang "LMI-based robust H_∞ control of uncertain linear jump systems with time delays" Automatic 37(2001)
[33] LiXie, Dingyu Xue, Shiu Kit Tso, "On the two-degree-of-freedom Wiener-Hopf optimal design with tracking and disturbance rejection Constraints", Automatic 36, PP1897-1904, 2000