导弹折叠翼面高动态大力矩高精度气动载荷模拟关键技术研究

High performance aerodynamic load simulation method for folding wings is of great importance to assure research ability and production quality for missiles. The technical bottlenecks restricting the system performance are the high dynamic torque control technology and the controller optimal design method which should overcome the nonlinear factors such as extra torque. In order to effectively improve torque dynamic performance, we attempt to propose the direct control of current vector method for interior permanent magnet synchronous motor (IPMSM), and we intend to adopt time duration optimization of voltage vector and the expected space voltage vector modulation methods to suppress torque ripple. In the controller design aspect, we attempt to propose an optimal design method for nonlinear controller based on iterative learning control theory. With its nonlinear dynamic optimization capability and its strict restrictive conditions be overcome, we design a nonlinear controller to suppress surplus torque caused by position disturbance, and then we improve system dynamic performance by combining with feed-forward control and achieve the compensation of surplus inertia torque by combining with decoupling control, finally we give the system lag compensation by leaning the system lag characteristics, so as to enhance the accuracy of the system. The research results will lay the theoretical foundation for high dynamic high torque and high precision aerodynamic load simulator for missile folding wings. Meanwhile the research results can provide new ideas for enriching high performance control theory of permanent magnet synchronous motor and for broadening the application fields of iterative learning control theory.

高性能导弹折叠翼面气动载荷模拟是一项航天重要支撑技术，对我国导弹的研制水平保证和生产质量保证具有重要意义。高动态转矩控制技术与为克服多余力矩等非线性因素影响的控制器优化设计方法是制约系统性能的技术瓶颈。为有效提高转矩动态性能，试图提出一种内置式永磁同步电机电流矢量直接控制技术，并拟采用优化约束电压矢量作用时间和预期电压空间矢量调制等方法抑制转矩脉动。在控制器设计方面，试图提出基于迭代学习控制理论的非线性控制器优化设计方法。通过迭代学习控制的非线性动态寻优能力，克服其苛刻的应用限制条件，设计非线性控制器抑制位置扰动多余力矩，结合前馈控制提高系统动态性能、解耦控制实现多余惯性力矩耦合项的补偿，然后学习系统滞后特性进而予以补偿，从而提高系统加载精度。研究成果将奠定导弹折叠翼面高动态大力矩高精度气动载荷模拟的理论基础；同时，为丰富永磁同步电机高性能控制理论与拓宽迭代学习控制应用领域提供新思路。

高性能导弹折叠翼面气动载荷模拟是一项航天重要支撑技术，对我国导弹的研制水平保证和生产质量保证具有重要意义。高动态转矩控制技术与为克服多余力矩等非线性因素影响的控制器优化设计方法是制约系统性能的技术瓶颈。. 研究了导弹折叠翼面电动加载机理，提出并细化了多余力矩的组成因素：惯性力矩、位置扰动力矩以及加载控制误差。为从控制方法进一步消除多余力奠定了基础。. 提出了永磁无刷电机相电流采样重构母线电流与双极性斩波控制方法，通过相电流与霍尔位置传感器配合，实时获取精确的转矩幅值与方向，同时，采用类似于直流电机的双极性斩波控制，解决电机转矩方向快速切换过程中插入正反转指令引起的瞬时不受控问题，提高了无刷直流电机在高动态控制时的动态与稳态性能。. 提出了面装式永磁同步电机在两相静止坐标系下的简化转矩解耦控制算法，为其低成本应用奠定了基础，相关成果可很容易地扩展到内置式永磁同步电机的控制。. 提出了抑制减速机齿隙影响的终端滑模控制方法，针对机电伺服系统中存在的齿隙非线性，基于反演控制思想，设计全阶无抖振终端滑模控制器，可有效实现齿隙补偿，在负载和齿隙特征发生变化时具有强鲁棒性。. 提出了基于最优占空比调制的永磁同步电机直接转矩控制方法，依据转矩和磁链误差给出最优占空比计算方法，通过合理利用零电压矢量，有效减小电压矢量不对称性和滞环比较器缺陷的影响，有效抑制磁链和转矩脉动。. 为了使电动加载系统获得更好的控制性能，将分数阶控制应用到控制器设计中，结合分数阶微积分和迭代学习控制的优点，提出了电动加载系统分数阶迭代学习复合控制方法，进一步提高电动加载系统的动态特性。. 通过本课题的研究，形成了导弹折叠翼面高动态大力矩高精度气动载荷模拟的基础理论，同时，为丰富永磁同步电机高性能控制理论与拓宽迭代学习控制应用领域提供了新思路。