基于舵机指令前馈的电液负载模拟器同步控制

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1、2015年1月北京航空航天大学学报January2015第41卷第1期JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsV01．41No．1http：／／bhxb．buaa．edu．anjbuaa@buaa．edu．anDOI：10．13700／j．bh．1001—5965．2014．0052基于舵机指令前馈的电液负载模拟器同步控制韩松杉1’2，焦宗夏“”，尚耀星1’2，汪成文1’2(1北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院，北京100191；2．北京航空航天大学飞行器控

2、制一体化技术重点实验室，北京100191)摘要：电液负载模拟器是典型的带有强运动耦合的电液力(矩)伺服系统，克服由运动干扰造成的多余力是其控制的关键问题．针对于目前常用的同步补偿算法在消除多余力实际应用中存在的问题，提出了基于舵机指令前馈的同步补偿策略．该策略采用舵机速度指令信号和负载模拟器力矩反馈信号来实现精确的同步补偿，不需要舵机的速度信号、加速度信号以及阀控信号．同时该策略考虑了加载力矩对舵机输出速度的影响，相对于传统速度同步算法在大负载力矩跟踪下可得到更好的多余力消除效果，从而能实现更准确的速度同步补偿．针对于典型加载工况

3、进行的仿真和实验结果表明，该策略能有效解决舵机运动扰动带来的多余力问题，进而提高动态加载精度．关键词：电液负载模拟器；液压伺服机构；同步运动；扰动抑制；速度指令中图分类号：TP273文献标识码：A文章编号：1001-5965(2015)01-0124-09负载模拟器是飞行器伺服机构半实物仿真的主要设备，用于模拟舵机在飞行过程中所承受的气动载荷，其性能直接影响飞控系统伺服机构评价的置信度⋯．负载模拟器的成功应用不但可以缩短飞行器的研制周期、降低研制成本，而且可以提高飞行器研制的成功率．根据实现形式，负载模拟器可分为机械式旧1、电液式

4、∞。、电动式H。和气动式∞。4种．其中电液负载模拟器具有功率密度大、响应速度快、电磁兼容性好等优点而得到广泛的研究和关注．因此，研究高精度的电液负载模拟器具有重要的现实和战略意义由于电液负载模拟器的施力对象为位置伺服系统，故其是典型的带有强运动耦合的电液力伺服系统．有研究者将此运动扰动引起的力矩干扰称之为多余力(矩)¨1，针对如何抑制多余力的问题国内外相关学者开展了广泛的研究，其方法大体分为3类：第1类是结构补偿方法．其从加载系统的硬件(机械)结构人手，通过增加辅助环节来消除多余力或力矩．例如：安装连通孔、缓冲弹簧校正、蓄压器校正

5、、双伺服阀流量补偿控制、双马达位置同步补偿等方法"剖．总体来说此方法的结构比较复杂，成本也比较高．第2类是基于同步补偿的控制算法．该类方法是从控制策略人手，采用补偿网络在加载系统中产生附加速度同步控制作用，达到克服多余力或力矩的目的．文献[6]提出了“结构不变性理论”，利用舵机系统的速度反馈信息进行前馈补偿，其研究揭示了舵机速度是影响多余力的主要原因，为以后关于多余力研究收稿日期：2014-01-27；录用日期：2014-04—30；网络出版时间：2014-06-0409：36网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／do

6、i／lO．13700／j．bh．1001-5965．2014．0052．html基金项目：国家重点基础研究发展计划资助项目(2014CB046406)；国家自然科学基金面上项目(51475020)作者简介：韩松杉(1985一)，男，河南温县人，博士生，hansongshan@gmail．com+通讯作者：焦宗夏(1963一)，男，辽宁沈阳人，教授，zxjiao@buaa．edu．cn，主要研究方向为机电系统的数字化、智能化设计技术，新型作动系统与余度舵机技术，机电装备与半实物仿真系统．引用格式：韩松杉，焦宗夏，尚耀星，等，基于舵机

7、指令前馈的电液负载模拟器同步控制ⅣJ．北京航空航天大学学报，2015，41(J)：124—132．HanSS，JiaoZX，ShangYX，eta1．Synchronizingcompensationcontrolofelectro—hydraulicloadsimulatorusingtoni—mandsignalofactuator[JJ．JournalofBeringUniversityofAeronauticsandAstronautics，2015，41(1)：124-132(inChinese)．第1期韩松杉，等：基于

8、舵机指令前馈的电液负载模拟器同步控制125奠定了基础"。引．焦宗夏等人提出了速度同步控制算法，通过采用舵机的阀信号来实现速度同步，在工程中得到了大量应用¨’3川．基于系统模型的速度前馈补偿消除多余力的研究也被广泛讨论．姚建勇等人提出了一种最优模型补