新型电动负载模拟器的控制器设计.pdf

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1、新型电动负载模拟器的控制器设计吴金波，等新型电动负载模拟器的控制器设计DesignofNovelControllerforMotor—drivenLoadSimulator关舍渡1李诒名1李谁嘉1尹周平2(华中科技大学船舶与海洋工程学院’，湖北武汉430074；中科技大学数字制造装备与技术国家重点实验室2，湖北武汉430074)摘要：现有的电动负载模拟器大多采用力矩单闭环的控制结构，因此，人们难以随意控制电流的动态过程以及快速而精确地跟踪力矩。针对这一问题，提出了采用力矩、电流双闭环控制来构造电动负载模拟器

2、的方法；并根据系统的频率特性，采用极点配置和前馈补偿相结合的混合校正策略来改善系统的动态跟踪品质，最后给出了多余力矩的前馈补偿方案。仿真和试验结果验证了该方法的有效性。关键词：负载模拟器双闭环控制结构不变性原理前馈补偿极点配置中图分类号：TP271+．4；TP273+．5文献标志码：AAbstract：Single—closed-looptorquecontrolstructurehasbeenusedinmostoftheexistingmotor-drivenloadsimulators．Withsuc

3、hsimulators．itishardtocontroldynamicprocessofcontrolcurrentatwill，andtotrackthetorquepreciselyandrapidly．Aimingattheproblem-themethodbyusingtorque-currentdouble—closed-loopcontrolforbuildingthemotor—drivenloadsimulatorisproposed．Inaddition-inaccordancewith

4、thefrequencycharacteristicofthesystem，byadoptingcombinedeorreetionstrategyofpoleplacementandfeed-forwardcompensation，thedynamictrackingqualityofthesystemisimproved，andthemethodofsurplustorquefeed-forwardcompensationisalsogiven．Theresultsofsimulationandtest

5、verifytheeffectivenessofthemethod．Keywords：LoadsimulatorDouble-closed-loopcontrolStructure—invariableprincipleFeed-forwardcompensationPoleplacement0引言负载模拟器是在实验室环境下检测飞行器的舵机技术性能的半实物仿真装置，它通过给参试舵机施加力矩，以模拟舵面在运动过程中所受到的各种载荷。电液伺服系统由于具有功率大、响应快、抗负载刚性大等优点，在负载模拟器仿真设备中

6、得到了广泛应用¨。-。但电液负载模拟器也存在成本高、体积大、需要专用的液压源等诸多缺点，而采用电动负载模拟器可以避免电液伺服系统的诸多缺点。西北工业大学设计了单通道电动加载台，其通过加入多路前馈和负反馈的方法抑制系统的多余力矩，提高了系统的加载精度”1；焦宗夏等人系统地探讨了电动式负载模拟器的设计、建模、控制及其性能评价指标的问题”。7。。目前的电动负载模拟器采用力矩单闭环的控制结构，难以保证舵机在快速启制动、大频宽加载等工况下的力矩跟踪性能，这主要是由于在单闭环系统中不能随意地控制电流的动态过程而造成的。

7、国家“973”计划资助项目(编号：2009C13724204)；国家杰出青年基金资助项目(编号：50625516)。修改稿收到日期：2(，09—08一03。第一作者吴金波，男．1974年生．2007年毕业于华中科技大学机电工程系。荻博士学位，讲师；i要从事多体动力学建模及鲁裤控制理论方面的研究。《自动化仪表》第3l卷第3期2010年3月本文针对由力矩一电流双环控制构成的电动负载模拟器，研究其控制策略及多余力矩补偿措施。1系统结构描述电动负载模拟器是一个位置扰动型的伺服控制系统，它以力矩作为被控量，采用PWM

8、电路驱动直流力矩电机给舵机加载。系统主要由控制计算机、驱动器、直流力矩电机、传感器和传动系统等部分组成。电动负载模拟器结构如图1所示。加载系统传动莓曼i{承载对象i。，AH黝H力麓机H德H酬篓銎图1电动负载模拟器结构框图Fig．1Structureofmotor-drivenloadsimulator在动态加载实验中，承载对象作主动运动，加载系统跟随承载对象运动，同时进行力矩加载。承载对象一边根据位置伺服系统的指