负载模拟器的速度同步控制方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及一种负载模拟器的速度同步控制方法和系统。其中，负载模拟器的速度同步控制系统包括加载系统、惯性负载和被测位置伺服系统；其中：惯性负载用于模拟被测位置伺服系统在实际工作中的转动惯量；加载系统用于模拟位置伺服系统在实际工作时所受的力或力矩，并将力或力矩通过惯性负载加载到被测位置伺服系统。采用本发明专利技术的负载模拟器系统和负载模拟器的速度同步控制方法，能有效避免基于速度反馈信号的结构不变性方法对高品质速度及加速度信号的要求，并能有效的解决传统速度同步方法在大、中负载下消扰能力变差的问题。

【技术实现步骤摘要】
负载模拟器的速度同步控制方法和系统
本专利技术涉及一种速度同步控制技术，特别是一种负载模拟器的速度同步控制方法和系统。
技术介绍
电液负载模拟器(EHLS)是飞行器伺服机构半实物仿真的关键设备，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。其控制难点是要在位控系统的任意运动过程中实现准确的力加载，故负载模拟器是典型的带有强运动耦合的电液力伺服系统。针对如何抑制运动扰动带来的不利影响，国内外相关学者开展了广泛的研究，其方法大体分为三类，一类是结构补偿方法。其从加载系统的硬件(机械)结构入手，通过增加辅助环节来消除运动扰动带来的不利影响，总体来说此方法的结构比较复杂，成本也比较高；第二类是基于同步补偿的控制算法。该类方法是从控制策略入手，采用补偿网络在加载系统中产生附加速度同步控制作用，达到克服运动扰动的目的。现有技术还提出了“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加载精度的主要原因，为以后关于力加载系统消除运动扰动的研究奠定了基础。焦宗夏等人提出了速度同步控制算法，其采用舵机的阀信号来实现速度同步效果，在工程项目中得到了大量应用。姚建勇等人提出了一种最优模型补偿控制策略，并针对系统模型的不确定性设计了一种自适应鲁棒力矩控制策略，取得了良好效果。第三类方法是将运动耦合看作一种外干扰，通过提高力伺服系统的鲁棒性消除位置系统的影响，如H无穷控制，定量反馈控制。此外，摩擦对力矩跟踪性能也有较大影响，针对静态加载工况下的力矩跟踪，姚建勇等人设计了一种基于LuGre摩擦模型的双状态估计鲁棒控制策略，显著提升了系统跟踪精度。
技术实现思路
在下文中给出关于本专利技术的简要概述，以便提供关于本专利技术的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本专利技术的穷举性概述。它并不是意图确定本专利技术的关键或重要部分，也不是意图限定本专利技术的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。本专利技术的一个主要目的在于提供一种负载模拟器的速度同步控制系统和一种负载模拟器的速度同步控制方法，能有效避免基于速度反馈信号的结构不变性方法对高品质速度及加速度信号的要求，并能有效的解决传统速度同步方法在大、中负载下消扰能力变差的问题。根据本专利技术的一方面，负载模拟器的速度同步控制系统，包括加载系统、惯性负载和被测位置伺服系统；其中：所述惯性负载用于模拟所述被测位置伺服系统在实际工作中的转动惯量；所述加载系统用于模拟所述位置伺服系统在实际工作时所受的力或力矩，并将所述力或力矩通过惯性负载加载到所述被测位置伺服系统。根据本专利技术的另一方面，一种负载模拟器的速度同步控制方法，包括：惯性负载模拟被测位置伺服系统在实际工作中的转动惯量；加载系统模拟位置伺服系统在实际工作时所受的力或力矩，并将力或力矩通过惯性负载加载到被测位置伺服系统。采用本专利技术的负载模拟器的速度同步控制方法和系统，能有效避免基于速度反馈信号的结构不变性方法对高品质速度及加速度信号的要求，并能有效的解决传统速度同步方法在大、中负载下消扰能力变差的问题。附图说明参照下面结合附图对本专利技术实施例的说明，会更加容易地理解本专利技术的以上和其它目的、特点和优点。附图中的部件只是为了示出本专利技术的原理。在附图中，相同的或类似的技术特征或部件将采用相同或类似的附图标记来表示。图1为本专利技术的负载模拟器的速度同步控制系统的实物结构图；图2为本专利技术的负载模拟器的速度同步控制系统中的加载系统的结构框图；图3为本专利技术的负载模拟器的速度同步控制系统的第一实施方式的结构框图；图4为本专利技术的负载模拟器的速度同步控制系统的第二实施方式的结构框图；图5为本专利技术的负载模拟器的速度同步控制系统的第三实施方式的结构框图；图6为本专利技术的负载模拟器速度同步控制方法的一种实施方式的流程图。具体实施方式下面参照附图来说明本专利技术的实施例。在本专利技术的一个附图或一种实施方式中描述的元素和特征可以与一个或更多个其它附图或实施方式中示出的元素和特征相结合。应当注意，为了清楚的目的，附图和说明中省略了与本专利技术无关的、本领域普通技术人员已知的部件和处理的表示和描述。参见图1所示，为本专利技术的负载模拟器的速度同步控制系统的实物结构图。图1中的负载模拟器的速度同步控制系统包括被测位置伺服系统10、惯性负载20和加载系统30。其中，惯性负载20用于模拟被测位置伺服系统10在实际工作中的转动惯量。加载系统30用于模拟位置伺服系统10在实际工作时所受的力或力矩，并将该力或力矩通过惯性负载20加载到被测位置伺服系统10。例如，被测位置伺服系统10可以是飞机的舵机。舵机作为飞机的执行机构，其在控制指令的作用下操作舵面偏转，从而使得飞机完成相应的动作(如转弯、上升、下降等)。在正式投入使用之前，需对舵机进行模拟试验，通过加载系统30，可模拟其在实际工作中所承受的载荷，进而测试其各项性能指标。在一种实施方式中，位置伺服系统10可以包括执行机构，和位于执行机构中的伺服阀11。执行机构例如可以是液压缸，也可以是液压马达12。无论是液压缸还是液压马达，均有两个液压腔。伺服阀11用于根据控制指令控制执行机构输出力或力矩信号。加载系统30可以包括加载伺服阀31和加载液压马达32。加载伺服阀31用于控制加载液压马达32，使得加载液压马达32输出的力或力矩经惯性负载20施加到被测位置伺服系统10。1)首先，对加载系统30进行建模。1.1)加载伺服阀31非线性流量方程：其线性化方程为：QL＝KqLxL-KcLpfL＝KqLGsvL(s)uL-KcLpfL(2)QL：加载系统伺服阀流量(m3/s)；CvL：加载系统节流孔流量系数；WL：加载系统伺服阀节流孔面积梯度(m)；xL：加载系统伺服阀阀芯开口(m)；ρL：加载系统液压油密度(Kg/m3)；psL：加载系统油源供油压力(N/m2)；pfL：加载系统负载压差(N/m2)；uL：加载伺服阀控制电压(V)；GsvL(s)：加载系统伺服阀阀芯位移驱动传递函数(m/V)；KqL：加载系统伺服阀流量系数(m2/s)；KcL：加载系统伺服阀流量压力系数(m5/N·s)；s：微分操作符；sign(·)：符号函数；1.2)加载液压马达流量连续方程：DL：加载液压马达弧度排量(m3/rad)；θL：加载液压马达转子角位移(rad)；VL：加载液压马达控制容积(m3)；CslL：加载液压马达泄漏系数(m5/N·s)；βe：液压油弹性模量；1.3)加载液压马达转子力矩平衡方程：JL：加载系统马达等效惯量(Kg·m2)；BL：加载液压马达粘性阻尼系数(N·m·s/rad)；Gs：力矩传感器及连接轴总刚度(N·m/rad)；；θa：舵机系统液压马达角位移(rad)；1.4)加载系统输出力矩为：T＝Gs(θL-θa)(5)T：加载系统输出力矩(N·m)；1.5)加载系统输出力矩误差为：e＝T-Tr(6)Tr：加载系统力矩参考指令，其是一阶连续(N·m)；e：加载系统力矩误差(N·m)；结合(1)-(5)给定的加载系统数学模型，可得：这里，GL1(s)＝DLKqLGsvL(s)其中，KtmL＝KcL+CslL。2)接着，对被测位置伺服系统10进行建模。2.1)位本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种负载模拟器的速度同步控制系统，其特征在于，包括加载系统、惯性负载和被测位置伺服系统；其中：所述惯性负载用于模拟所述被测位置伺服系统在实际工作中的转动惯量；所述加载系统用于模拟所述位置伺服系统在实际工作时所受的力或力矩，并将所述力或力矩通过惯性负载加载到所述被测位置伺服系统。

【技术特征摘要】
1.一种负载模拟器的速度同步控制系统，其特征在于，包括加载系统、惯性负载和被测位置伺服系统；其中：所述惯性负载用于模拟所述被测位置伺服系统在实际工作中的转动惯量；所述加载系统用于模拟所述被测位置伺服系统在实际工作时所受的力或力矩，并将所述力或力矩通过惯性负载加载到所述被测位置伺服系统；所述加载系统包括加载伺服阀和加载液压马达；所述加载伺服阀还用于根据所述被测位置伺服系统的执行机构的两腔压差信号控制所述加载液压马达，使得所述加载液压马达输出的力或力矩经所述惯性负载施加到所述被测位置伺服系统。2.根据权利要求1所述的负载模拟器的速度同步控制系统，其特征在于：所述加载伺服阀用于根据所述被测位置伺服系统中的伺服阀的电流信号控制所述加载液压马达，使得所述加载液压马达输出的力或力矩经所述惯性负载施加到所述被测位置伺服系统。3.根据权利要求2所述的负载模拟器的速度同步控制系统，其特征在于：所述加载伺服阀还用于根据所述加载液压马达输出的力矩信号控制所述加载液压马达，使得所述加载液压马达输出的力或力矩经所述惯性负载施加到所述被测位置伺服系统。4.一种负载模拟器的速度同步控制方法，其特征在于，包括：惯性负载模拟被测位置伺服系统在实际工作中的...

【专利技术属性】
技术研发人员：焦宗夏，韩松杉，尚耀星，姚建勇，吴帅，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：