JDAM舵回路控制方法的研究

论文摘要

JDAM(Joint Direct Attack Munition,联合直接攻击弹药)是一类低成本高精度的制导弹药,在现代战争中扮演着重要的角色,同类弹药的研究意义重大。制导滑翔弹自身的特点决定着其电动舵机必需要求体积小,出力大,精度高,数字化,模块化等。本文以JDAM的电动舵机为研究对象,依据系统要求确定了舵机结构组成。接着建立了电动舵机的数学模型,并仔细分析了舵面的铰链力矩。精确制导弹药的飞行过程要比中远程导弹短的多,调节时间相应短,所以准确性、快速性是对这类弹药舵机性能的基本要求。针对变结构控制具有快速响应、对参数变化和外来扰动不敏感、无需系统在线辨识、物理实现简单等优点,并结合实际舵机控制系统需要解决的突出问题,文中设计了满足系统性能要求的终端滑模控制。针对实际系统的参数不确定性和干扰的上界不易获知的情况,文中选择自适应律进行估计此值,并选择合适的李雅普诺夫函数证明了改进后闭环系统的稳定性。针对滑模控制中由符号函数引起的控制量抖振现象,文中引入消振因子,即利用近似饱和函数的方法去削弱抖振现象。利用Matlab工具对设计的控制律进行了数值仿真验证。依据舵机的技术要求进行详细机械结构的设计,并对系统中的关键部件进行了强度校核,利用3D设计软件进行虚拟建模分析。由于利用ANSYS对锥齿轮建模非常困难,文中利用传统计算方法对锥齿轮的齿面接触疲劳强度和齿根弯曲疲劳强度进行了分析。利用ANSYS对系统轴进行了建模和网格划分,并做出了静力学和动力学分析。即分析了系统轴在载荷作用下的节点位移和振动模态,为系统的稳定安全运行提供指导意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 舵机的国内外研究现状
• 1.2.1 舵机的发展概况
• 1.2.2 电动舵机结构组成
• 1.2.3 电动舵机伺服系统控制方法
• 1.3 本论文研究的主要内容
• 第2章 电动舵机系统方案确定与模型建立
• 2.1 引言
• 2.2 舵机伺服系统的组成
• 2.3 舵机数学模型的建立
• 2.3.1 直流电机关系式方程
• 2.3.2 舵机数学模型推导
• 2.4 系统负载力矩分析
• 2.5 本章小结
• 第3章 电动舵机的滑模变结构控制
• 3.1 引言
• 3.2 滑模变结构控制原理简介
• 3.3 系统滑模变结构控制
• 3.3.1 系统的状态空间描述
• 3.3.2 滑模面设计
• 3.3.3 滑模变结构控制器设计
• 3.4 舵机系统的仿真分析
• 3.4.1 系统的仿真参数确定
• 3.4.2 系统的仿真结果分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 舵机机械结构的设计及有限元分析
• 4.1 引言
• 4.2 系统传动齿轮设计
• 4.2.1 换向齿轮设计
• 4.2.2 反馈齿轮设计
• 4.3 系统连接轴架设计
• 4.4 舵机系统总装配图
• 4.5 系统主轴有限元分析
• 4.5.1 有限元方法简介
• 4.5.2 系统轴结构静力分析
• 4.5.3 动力学分析原理
• 4.5.4 系统轴模态分析
• 4.5.5 系统轴谐响应分析
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢