【摘 要】
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自动化和机电智能一体化技术的不断成熟标志着全方位智能化、人性化的工业发展趋势逐渐增强,智能照明技术也在日趋进步,而飞机滑行灯的固定模式无法满足驾驶员在夜间转弯时的安全性和舒适性需求。因此提出一种关于滑行灯的位置随动转向系统,以此为应用背景,通过研究有刷直流伺服电机和无刷直流电机的工作原理和控制方法,分别从理论上设计出了PID控制器、模糊PID控制器、特性观测器补偿控制器、BP神经网络PID控制器和
【基金项目】
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国家自然科学基金面上项目(51675254,51966009); 国家重点研发计划——“科技助力经济2020”重点专项:SQ2020YFF0420989;
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自动化和机电智能一体化技术的不断成熟标志着全方位智能化、人性化的工业发展趋势逐渐增强,智能照明技术也在日趋进步,而飞机滑行灯的固定模式无法满足驾驶员在夜间转弯时的安全性和舒适性需求。因此提出一种关于滑行灯的位置随动转向系统,以此为应用背景,通过研究有刷直流伺服电机和无刷直流电机的工作原理和控制方法,分别从理论上设计出了PID控制器、模糊PID控制器、特性观测器补偿控制器、BP神经网络PID控制器和基于模糊系数修正的BP神经网络PID控制器。并依次对两类伺服控制系统进行仿真分析,对比它们的响应速度,控制精度和抗干扰能力等响应特性。在根据实际需求建立灯具转角模型的前提下,首先以直流伺服电机为研究对象,通过分析其工作原理建立动力学模型及其闭环传递函数,再利用Matlab中的Simulink工具库搭建控制系统仿真模型,观测分析伺服电机在阶跃信号和正弦信号输入下的响应特性。然后以无刷直流电机为研究对象,建立其位置-速度-电流三闭环控制系统。采用空间矢量法驱动电机,对比研究位置控制器在运用不同算法下的优缺点。在此框架中,基于对滑行灯随动转向角位置精度、响应速度、抗干扰能力和动、静态稳定性等多个维度的考量,分析导致系统不良输出的主要影响因素并建立基于摩擦模型及负载模型指数收敛观测器补偿的模糊PID控制,经过仿真对比凸显出几种常规算法及其改进策略所存在的不足。继而结合BP神经网络和模糊理论建立新的PID复合控制算法。针对BP神经网络也存在收敛速度慢、训练样本获取困难且容易陷入局部极值等问题,依据补偿控制理论在神经网络前向网络和反向调节之间的节点位置引入修正系数,并利用模糊控制器对其作进一步在线调整,经仿真验证:改进后的智能控制算法具有较强的抗干扰能力和信号跟踪能力,且响应速度不低于常规控制策略。最后,根据系统结构完成软件设计并搭建以STM32F405微处理器和无刷直流电机为核心的硬件试验平台,通过对内环控制器参数的整定得出:转矩电流分量相比于磁通电流分量的控制器参数对系统的瞬态和稳态特性具有十分显著的调节作用,从而印证了前文以转矩干扰为主要因素检验系统性能的合理性,进而证明此改进智能控制算法在此低速位置控制系统中的可行性和优越性。
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