汪成文， 焦宗夏， 羅才瑾

北京航空航天大學(xué) 飛行器控制一體化技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 北京 100191

基于改進(jìn)的速度同步控制的電液負(fù)載模擬器

汪成文， 焦宗夏*， 羅才瑾

北京航空航天大學(xué) 飛行器控制一體化技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 北京 100191

對(duì)地面半實(shí)物加載仿真實(shí)驗(yàn)中存在的“多余力”問(wèn)題進(jìn)行分析和研究。首先建立了電液加載系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，提出“多余力干擾系數(shù)”的概念，并給出定義方法。利用多余力干擾系數(shù)對(duì)多余力“成分”進(jìn)行定量分析，理論分析傳統(tǒng)“速度同步控制”抑制多余力的機(jī)理以及存在的問(wèn)題，并提出了改進(jìn)方法。在傳統(tǒng)“速度同步控制”的基礎(chǔ)上，提出利用舵機(jī)和加載系統(tǒng)的速度差對(duì)“多余力”進(jìn)行二次抑制。實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了改進(jìn)方案的有效性?；诟倪M(jìn)方法，電液負(fù)載模擬器取得了理想的動(dòng)態(tài)加載效果，“多余力”抑制能力較傳統(tǒng)的“速度同步控制”方法提高了25%以上。

負(fù)載模擬器； 多余力矩； 速度同步； 干擾系數(shù)； 同步馬達(dá)； 半實(shí)物仿真

作為地面半實(shí)物仿真的關(guān)鍵設(shè)備，負(fù)載模擬器的主要功能是在實(shí)驗(yàn)室中復(fù)現(xiàn)飛行器飛行過(guò)程中舵面受到的空氣動(dòng)力載荷，目的是驗(yàn)證飛控系統(tǒng)的控制參數(shù)，考核舵機(jī)系統(tǒng)的帶載性能。負(fù)載模擬器的成功應(yīng)用不但可以縮短飛行器的研制周期、降低研制成本，而且可以提高飛行器研制的成功率[1-2]。根據(jù)動(dòng)力源不同，負(fù)載模擬器可分為液壓式、電動(dòng)式和氣動(dòng)式3種[3]。電液負(fù)載模擬器具有功率密度大，響應(yīng)速度快、電磁兼容性好等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛的研究和關(guān)注。因此，研究高精度的電液負(fù)載模擬器具有重要的現(xiàn)實(shí)和戰(zhàn)略意義。

地面加載實(shí)驗(yàn)要求盡可能準(zhǔn)確，只有這樣半實(shí)物仿真的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)才有參考意義。然而，影響加載精度的因素有很多，比如摩擦、液壓系統(tǒng)固有的非線性特性等[4]，但制約加載精度最重要的因素是舵機(jī)運(yùn)動(dòng)所引起的干擾，即所謂的“多余力”問(wèn)題[5]?！岸嘤嗔Α笔怯韶?fù)載模擬器的工作方式?jīng)Q定的，加載馬達(dá)與舵機(jī)軸剛性連接，加載系統(tǒng)要對(duì)運(yùn)動(dòng)中的舵機(jī)進(jìn)行加載，舵機(jī)的運(yùn)動(dòng)對(duì)加載系統(tǒng)造成強(qiáng)烈干擾。針對(duì)如何抑制“多余力”這個(gè)課題，國(guó)內(nèi)外學(xué)者開(kāi)展了深入、廣泛地研究。

文獻(xiàn)[6]～文獻(xiàn)[8]提取舵機(jī)速度作為補(bǔ)償信號(hào)，基于前饋補(bǔ)償思想，對(duì)多余力進(jìn)行補(bǔ)償。文獻(xiàn)[9]針對(duì)方程式賽車研制了結(jié)構(gòu)強(qiáng)度測(cè)試系統(tǒng)，雖然賽車本身沒(méi)有主動(dòng)運(yùn)動(dòng)，但考慮加載時(shí)賽車結(jié)構(gòu)變形較大，為加載系統(tǒng)設(shè)計(jì)了基于擾動(dòng)觀測(cè)器的魯棒控制器。控制器設(shè)計(jì)過(guò)程中也用到了加載對(duì)象的速度信號(hào)，本質(zhì)上也是一種利用被加載對(duì)象速度進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆椒?。文獻(xiàn)[10]和文獻(xiàn)[11]研究了舵機(jī)系統(tǒng)與加載系統(tǒng)連接剛度對(duì)多余力的影響。文獻(xiàn)[12]和文獻(xiàn)[13]探討了系統(tǒng)慣量對(duì)多余力的影響。文獻(xiàn)[14]～文獻(xiàn)[16]設(shè)計(jì)了一種結(jié)構(gòu)新穎的加載馬達(dá)，提出了一種新的電液加載結(jié)構(gòu),在加載馬達(dá)與基座之間引入一個(gè)位置同步馬達(dá)，位置同步馬達(dá)的轉(zhuǎn)子和加載馬達(dá)的定子連接，從而使加載馬達(dá)處于“懸浮”狀態(tài)。位置同步馬達(dá)作為角度伺服系統(tǒng)，接受與舵機(jī)系統(tǒng)相同的位置指令，和舵機(jī)系統(tǒng)同步運(yùn)動(dòng)，使原來(lái)由加載馬達(dá)承擔(dān)的加載和運(yùn)動(dòng)任務(wù)分別由加載馬達(dá)和位置同步馬達(dá)來(lái)承擔(dān)，從而減小多余力。文獻(xiàn)[17]利用同步馬達(dá)和加載馬達(dá)的速度差進(jìn)行前饋，實(shí)現(xiàn)多余力的二次補(bǔ)償。文獻(xiàn)[18]和文獻(xiàn)[19]研究了QFT在電液加載系統(tǒng)中的應(yīng)用。文獻(xiàn)[20]和文獻(xiàn)[21]為電液加載系統(tǒng)設(shè)計(jì)了模糊PID控制器，但文獻(xiàn)[20]和文獻(xiàn)[21]僅僅考慮了電液加載系統(tǒng)的非線性以及參數(shù)不確定性引起的干擾，并沒(méi)有針對(duì)“多余力”問(wèn)題進(jìn)行討論。文獻(xiàn)[22]提出將舵機(jī)伺服閥控制電流引入加載系統(tǒng)，提出了電液負(fù)載模擬器“速度同步控制”策略，取得了較為理想的多余力抑制效果。

本文以電液加載系統(tǒng)為研究對(duì)象，以抑制“多余力”為研究目標(biāo)，在前人的基礎(chǔ)上，研究如何進(jìn)一步提高“多余力”的抑制能力。文章具體安排如下：第1節(jié)建立加載系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。第2節(jié)提出多余力干擾系數(shù)的概念，對(duì)構(gòu)成多余力的成分進(jìn)行定量分析。在“速度同步控制”方案的基礎(chǔ)上，提出利用舵機(jī)和加載系統(tǒng)速度差對(duì)多余力進(jìn)行二次補(bǔ)償。第3節(jié)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，并對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。第4節(jié)總結(jié)。

1 加載系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型

電液負(fù)載模擬器結(jié)構(gòu)如圖1所示，圖中左側(cè)部分表示舵機(jī)系統(tǒng)，右側(cè)代表加載系統(tǒng)。為便于數(shù)學(xué)推導(dǎo)，作如下假設(shè)：①伺服閥為理想零開(kāi)口，4個(gè)節(jié)流口對(duì)稱；②供油壓力穩(wěn)定，回油壓力為零；③油液彈性模量為常值。

圖1 電液負(fù)載模擬器結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Architecture of electro-hydraulic loading simulator

加載馬達(dá)兩腔流量方程：

(1)

(2)

式中：Q1為流入加載馬達(dá)A腔的流量；Q2為流入加載馬達(dá)B腔的流量；DL為加載馬達(dá)排量；V1為加載馬達(dá)進(jìn)油腔體積；V2為加載馬達(dá)出油腔體積；P1為加載馬達(dá)進(jìn)油腔壓力；P2為加載馬達(dá)出油腔壓力；βe為油液彈性模量；Ct為加載馬達(dá)內(nèi)泄系數(shù)；θL為加載馬達(dá)角位移。

定義負(fù)載流量QL為

(3)

定義負(fù)載壓力PL為

PL=P1-P2

(4)

注意到：

V1=V-V2

(5)

式中V為加載系統(tǒng)總的控制容腔體積。

(6)

(7)

式中：Ps為系統(tǒng)油源壓力。

根據(jù)式(1)～式(7)可得：

(8)

加載閥流量方程為

(9)

式中：Cv為加載閥流量系數(shù)；xv為加載閥閥芯位移；ω為加載閥窗口面積梯度；ρ為油液密度。

線性化后可得伺服閥的負(fù)載流量方程為

QL=Kqxv-KpPL

(10)

式中：Kq為加載閥流量放大系數(shù)；Kp為加載閥流量-壓力系數(shù)。

Kq和Kp分別為

(11)

(12)

加載軸力矩平衡方程為

(13)

式中：JL為加載馬達(dá)轉(zhuǎn)子慣量；BL為加載系統(tǒng)阻尼系數(shù)；T為加載力矩。

加載力矩的表達(dá)式為

T=Gs(θL-θR)

(14)

式中：Gs為扭矩傳感器剛度；θR為舵機(jī)角位移。

對(duì)式(8)和式(10)進(jìn)行Laplace變換，整理可得：

(15)

定義加載伺服閥總剛度系數(shù)Kt為

Kt=Ct+Kp

(16)

對(duì)式(13)進(jìn)行Laplace變換，并考慮式(15)和式(16)可得:

(17)

式中s為微分算子。

對(duì)式(14)進(jìn)行Laplace變換,

(18)

將式(18)代入式(17)可得：

(19)

式中：

A(s)=Kq·DL

(20)

(21)

(22)

2 改進(jìn)的“速度同步控制”策略

2.1 多余力干擾系數(shù)

由式(19)可以看出，加載系統(tǒng)輸出力矩由2部分構(gòu)成。分子的第1部分為主動(dòng)控制項(xiàng)，即可以通過(guò)控制閥芯位移來(lái)控制力矩輸出。分子的第2項(xiàng)，即B(s)sθR(s)項(xiàng)為干擾項(xiàng)，表征了舵機(jī)主動(dòng)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)對(duì)輸出力矩造成的影響，即所謂的“多余力”。由式(21)可以看出，“多余力”大小和舵機(jī)的運(yùn)動(dòng)速度、加速度以及加速度的變化率相關(guān)。從理論上分析，要徹底抑制“多余力”干擾，應(yīng)該從舵機(jī)的速度、加速度以及加速度變化率引起的干擾3個(gè)方面進(jìn)行研究。但3個(gè)干擾因素究竟對(duì)“多余力”各自產(chǎn)生多大的“貢獻(xiàn)”對(duì)加載系統(tǒng)控制方案的設(shè)計(jì)至關(guān)重要。為了定量分析舵機(jī)速度、加速度以及加速度變化率對(duì)多余力的影響，本文提出“多余力干擾系數(shù)”的概念，即，“多余力速度干擾系數(shù)λv”、“多余力加速度干擾系數(shù)λa”以及“多余力加加速度干擾系數(shù)λaa”。具體定義方法如下(設(shè)舵機(jī)作正弦運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)頻率為hHz)：

① 多余力速度干擾系數(shù)λv定義為加載系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型分子干擾項(xiàng)中，與舵機(jī)速度相乘的多項(xiàng)式所決定的系數(shù)。

② 多余力加速度干擾系數(shù)λa定義為舵機(jī)運(yùn)動(dòng)頻率乘以加載系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型分子干擾項(xiàng)中，與舵機(jī)加速度相乘的多項(xiàng)式所決定的系數(shù)。

③ 多余力加加速度干擾系數(shù)λaa定義為舵機(jī)運(yùn)動(dòng)頻率的平方乘以加載系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型分子干擾項(xiàng)中，與舵機(jī)加速度的導(dǎo)數(shù)相乘的多項(xiàng)式所決定系數(shù)。

從以上定義可以看出，λa和λaa與舵機(jī)的運(yùn)動(dòng)頻率相關(guān)。根據(jù)加載系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的復(fù)雜程度以及具體形式不同，3個(gè)系數(shù)的計(jì)算公式并不唯一，但利用“多余力干擾系數(shù)”概念，可以定量的分析多余力的“成分構(gòu)成”，從而為加載系統(tǒng)控制方案的設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。

設(shè)3個(gè)干擾系數(shù)的和為λ，顯然，3個(gè)干擾系數(shù)與λ的比值定量地描述了舵機(jī)速度、加速度以及加速度變化率對(duì)多余力的“貢獻(xiàn)”。根據(jù)第1節(jié)建立的數(shù)學(xué)模型，加載系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型分子的干擾項(xiàng)為B(s)sθR(s)，根據(jù)前文定義，以本文建立的加載系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型為例，3個(gè)干擾系數(shù)的具體計(jì)算公式如下：

多余力速度干擾系數(shù)為

(23)

多余力加速度干擾系數(shù)為

(24)

多余力加加速度干擾系數(shù)為

(25)

結(jié)合本文所用實(shí)驗(yàn)臺(tái)主要參數(shù)(見(jiàn)表1)，首先計(jì)算3個(gè)干擾系數(shù)，然后求出3個(gè)干擾系數(shù)與λ的比值?？紤]測(cè)試舵機(jī)工作頻率小于30 Hz，舵機(jī)運(yùn)動(dòng)頻率分別取1、10、20、30 Hz。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。從表2計(jì)算結(jié)果可以看出，對(duì)本實(shí)驗(yàn)臺(tái)而言，即便是在舵機(jī)運(yùn)動(dòng)頻率高達(dá)30 Hz的情況下，舵機(jī)加速度和加速度變化率引起的多余力也只占其整體的3 %左右，完全可以忽略。

可以看出，對(duì)于本文研究的加載系統(tǒng)而言，在舵機(jī)正常的工作頻寬范圍內(nèi)，舵機(jī)速度引起的多余力占據(jù)絕對(duì)的主導(dǎo)地位，因此，只需關(guān)注舵機(jī)運(yùn)動(dòng)速度引起的多余力即可。

表1 電液負(fù)載模擬器參數(shù)Table 1 Parameters of EHLS

表2 計(jì)算結(jié)果Table 2 Calculation results

2.2 基于舵機(jī)和加載系統(tǒng)速度差的多余力二次補(bǔ)償策略

根據(jù)2.1節(jié)對(duì)3個(gè)干擾系數(shù)的計(jì)算、分析，式(19)可簡(jiǎn)化為

(26)

式中sθR(s)代表舵機(jī)的運(yùn)動(dòng)速度。根據(jù)式(26)，如果能使加載馬達(dá)和舵機(jī)系統(tǒng)同步運(yùn)動(dòng),多余力就能夠被較徹底的抑制。液壓系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)速度主要由負(fù)載流量決定，而閥控系統(tǒng)的負(fù)載流量和閥開(kāi)口密切相關(guān)，閥開(kāi)口是由伺服閥輸入電流控制。因此，舵機(jī)伺服閥的控制信號(hào)包含了豐富的舵機(jī)速度信息。從舵機(jī)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型角度出發(fā)，也可以得到類似的結(jié)論。因?yàn)殚y控位置伺服系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型在低頻段近似為一個(gè)積分環(huán)節(jié)[22]，伺服閥控制指令作為積分環(huán)節(jié)的輸入，實(shí)際上就是舵機(jī)系統(tǒng)的速度指令，這也是文獻(xiàn)[22]提出“速度同步控制”方案的出發(fā)點(diǎn)之一?；谖墨I(xiàn)[22]提出的“速度同步控制”方法，文獻(xiàn)[23]和文獻(xiàn)[24]中取得了較為理想的多余力抑制效果。

根據(jù)前面的分析，多余力抑制的關(guān)鍵在于速度同步，從多余力抑制角度出發(fā)，傳統(tǒng)“速度同步控制”是一種開(kāi)環(huán)補(bǔ)償，如果能將舵機(jī)和加載系統(tǒng)的速度差進(jìn)行反饋，必定可以進(jìn)一步提高加載系統(tǒng)和舵機(jī)系統(tǒng)二者的速度同步精度，進(jìn)而進(jìn)一步減小“多余力”。

綜上所述，“基于舵機(jī)和加載系統(tǒng)速度差的多余力二次補(bǔ)償方案”控制原理如圖2所示。本方案利用舵機(jī)和加載系統(tǒng)的速度差信號(hào)提高二者的速度同步精度，實(shí)現(xiàn)多余力的二次補(bǔ)償。

圖2 基于速度差的多余力二次補(bǔ)償原理Fig.2 Block diagram of secondary compensation for surplus torque based on velocity difference

3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

3.1 實(shí)驗(yàn)臺(tái)

本文所用實(shí)驗(yàn)臺(tái)如圖3所示，試驗(yàn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖4。

圖3 試驗(yàn)臺(tái)Fig.3 Test rig

整個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要可以分成4部分：油源系統(tǒng)，臺(tái)體，加載通道和舵機(jī)模擬通道。加載通道主要由液壓擺動(dòng)馬達(dá)，馬達(dá)支架，伺服閥，油路塊，力矩傳感器，光電編碼器構(gòu)成。油源溢流閥的溢流開(kāi)啟壓力設(shè)定為31 MPa，通過(guò)調(diào)節(jié)比例減壓閥的控制電壓，系統(tǒng)壓力在0～21 MPa范圍內(nèi)可調(diào)。試驗(yàn)臺(tái)主要部件的參數(shù)型號(hào)見(jiàn)表3。

1—Pump; 2—Relief valve; 3—Pressure reducing valve; 4—Loading motor; 9—Actuator hydraulic swing motor; 5 and 8—Angular encoder; 6 and 7—Servo valve; 10—Inertia disc to simulate moment inertia of the control surface; 11—Torque sensor圖4 電液負(fù)載模擬器結(jié)構(gòu)示意圖Fig.4 Schematic diagram of EHLS

表3 試驗(yàn)臺(tái)主要元件Table 3 Main components of test rig

3.2 實(shí)驗(yàn)

多余力抑制能力和動(dòng)態(tài)加載精度是評(píng)價(jià)負(fù)載模擬器性能優(yōu)劣的關(guān)鍵指標(biāo)。為了驗(yàn)證改進(jìn)方案的有效性，共進(jìn)行4組實(shí)驗(yàn)，其中3組多余力矩測(cè)試，1組動(dòng)態(tài)加載實(shí)驗(yàn)。多余力矩測(cè)試是指在舵機(jī)主動(dòng)運(yùn)動(dòng)同時(shí)，負(fù)載模擬器跟蹤0加載指令。

實(shí)驗(yàn)1舵機(jī)作1°，5Hz正弦運(yùn)動(dòng)?；趥鹘y(tǒng)速度同步方案的多余力矩實(shí)驗(yàn)曲線如圖5(a)所示，此時(shí)的多余力矩為16 N·m?；诟倪M(jìn)方案的多余力矩實(shí)驗(yàn)曲線如圖5(b)所示，多余力矩減小到12 N·m，和傳統(tǒng)的速度同步方案比較，多余力矩降低了25 %。

圖5 舵機(jī)作1°，5 Hz正弦運(yùn)動(dòng)時(shí)的多余力矩Fig.5 Surplus torque with rudder tracking sinusoid 1°, 5 Hz

實(shí)驗(yàn)2舵機(jī)作3°，8Hz正弦運(yùn)動(dòng)?；趥鹘y(tǒng)速度同步方案的多余力矩實(shí)驗(yàn)曲線如圖6(a)所示。多余力矩為15 N·m?；诟倪M(jìn)方案的多余力矩實(shí)驗(yàn)曲線如圖6(b)所示，多余力矩減小到11 N·m，較改進(jìn)前的方案多余力矩降低了27 %。

圖6 舵機(jī)作3°，8 Hz正弦運(yùn)動(dòng)時(shí)的多余力矩Fig.6 Surplus torque with rudder tracking sinusoid 3°, 8 Hz

實(shí)驗(yàn)3舵機(jī)作20°，2 Hz正弦運(yùn)動(dòng)。基于速度同步方案的多余力矩實(shí)驗(yàn)曲線如圖7(a)所示，多余力矩為14.8 N·m?；诟倪M(jìn)方案的多余力矩實(shí)驗(yàn)曲線如圖7(b)所示，多余力矩為10 N·m，較改進(jìn)前的方案多余力矩降低了32 %。

圖7 舵機(jī)作20°，2 Hz正弦運(yùn)動(dòng)時(shí)的多余力矩Fig.7 Surplus torque with rudder tracking sinusoid 20°, 2 Hz

實(shí)驗(yàn)4動(dòng)態(tài)加載實(shí)驗(yàn)。舵機(jī)作1°，1 Hz正弦運(yùn)動(dòng)，載荷譜指令為幅值50 N·m，頻率1 Hz的正弦加載指令。圖8是基于改進(jìn)方案的動(dòng)態(tài)加載曲線，圖9是跟蹤誤差曲線。

圖8 舵機(jī)1°，1 Hz，加載指令50 N·m，1 Hz動(dòng)態(tài)加載曲線Fig.8 Curves of dynamic loading with rudder tracking 1°, 5 Hz and loading command 50 N·m, 1 Hz

圖9 動(dòng)態(tài)加載實(shí)驗(yàn)力矩跟蹤誤差曲線Fig.9 Torque tracking error curves of dynamic loading test

基于改進(jìn)方案和傳統(tǒng)速度同步方案的3組多余力矩實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比結(jié)果如圖10所示。從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，隨著舵機(jī)運(yùn)動(dòng)速度的增加，基于改進(jìn)方案的多余力抑制能力比改進(jìn)前分別提高了25 %，27 %和32 %。隨著舵機(jī)運(yùn)動(dòng)速度加快，基于改進(jìn)方案的多余力抑制能力改善愈加顯著。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：基于改進(jìn)方案的多余力抑制水平得到顯著提高，動(dòng)態(tài)加載精度較理想。

改進(jìn)的速度同步方案利用舵機(jī)和加載系統(tǒng)的速度差進(jìn)行二次補(bǔ)償，從物理意義角度出發(fā)，改進(jìn)方案進(jìn)一步減小了舵機(jī)和加載系統(tǒng)二者的速度差。從數(shù)學(xué)模型角度分析(結(jié)合式(26))，舵機(jī)和加載系統(tǒng)速度差的減小意味著干擾項(xiàng)λvsθR(s)“強(qiáng)度”的降低，因此基于改進(jìn)方案取得了更為理想的效果。

圖10 多余力矩比較Fig.10 Comparison of surplus torque

4 結(jié) 論

1) 多余力速度干擾系數(shù)、加速度干擾系數(shù)以及加加速度干擾系數(shù)可定量分析多余力的“成分”構(gòu)成。

2) 影響多余力大小的3個(gè)因素是舵機(jī)速度、加速度、以及加速度變化率。其中舵機(jī)速度引起的多余力占主導(dǎo)地位。

3) 加載系統(tǒng)多余力抑制的關(guān)鍵在于速度同步?；诟倪M(jìn)的速度同步方法進(jìn)一步提高了舵機(jī)和加載系統(tǒng)的速度同步精度，和傳統(tǒng)的速度同步方案比較，加載系統(tǒng)的多余力抑制能力提高25 %以上。

[1] Jiao Z X, Gao J X, Hua Q, et al. The velocity synchronizing control on the electro-hydraulic load simulator. Chinese Journal of Aeronautics, 2004, 17(2): 39-46.

[2] Hua Q. Studies on the key technology of electro-hydraulic load simulator. School of Automation Science and Electric Engineering, Beihang University, 2001. (in Chinese)

華清. 電液負(fù)載模擬器關(guān)鍵技術(shù)研究. 北京：北京航空航天大學(xué)自動(dòng)化與電氣工程學(xué)院, 2001.

[3] Li Y H, Development of hybrid control of electro-hydraulic torque load simulator. Journal of Dynamic Systems, Measurement and Control, 2002, 124(3): 415-419.

[4] Yao B, Bu F P, Reedy J, et al. Adaptive robust motion control of signal-rod hydraulic actuators: theory and experiments. IEEE/ASME Transactions on Mechatronics, 2000, 5(1):79-92.

[5] Liu C N. Optimized design theory of hydraulic servo system. Beijing: China Metallurgical Industrial Press, 1989:131-143. (in Chinese)

劉長(zhǎng)年. 液壓伺服系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)理論. 北京：冶金工業(yè)出版社, 1989: 131-143.

[6] Wang J F, Ye Z M, Li H R. Study on eliminating the superfluous force of marine electrohydraulic load simulator applied with dual-valve parallel connected control. Chinese Journal of Mechanical Engineering, 2005, 41(4):229-234. (in Chinese)

王經(jīng)甫, 葉正茂, 李洪人. 雙閥并聯(lián)控制在船舶舵機(jī)電液負(fù)載模擬器多余力抑制中的研究. 機(jī)械工程學(xué)報(bào), 2005,41(4):229-234.

[7] Hao J J, Zhao K D, Xu H G. Application of dual valve in electro hydraulic simulator. China Mechanical Engineering, 2002,13(10):814-816. (in Chinese)

郝經(jīng)佳, 趙克定, 許宏光. 雙閥控制在電液負(fù)載仿真臺(tái)中的應(yīng)用. 中國(guó)機(jī)械工程，2002,13(10): 814-816.

[8] Li J Y, Shao J P, Wang Z W, et al. Study of the electro-hydraulic load simulator based on double servo valve concurrent control. Proceedings of 9th International Conference on Electronic Measurement & Instruments, 2009:699-705.

[9] Plummer A R. Robust electro-hydraulic force control. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part I: Journal of Systems and Control Engineering, 2007, 221(4):717-733.

[10] Yan J, Sun L, Yang J, et al. Key technology in the development of high performance dynamic airload simulation system. Acta Aeronautica et Astronautica Sincia, 1997, 18(1):22-25. (in Chinese)

閻杰, 孫立, 楊軍, 等. 動(dòng)態(tài)負(fù)載仿真系統(tǒng)研制中的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題. 航空學(xué)報(bào), 1997, 18(1):22-25.

[11] Yu C Y, Yu X Z, Liu Q H, et al. Effects of shafting stiffness on new air dynamical load simulator. Acta Aeronautica et Astronautica Sincia, 2001, 22(2):148-151. (in Chinese)

于慈遠(yuǎn), 于湘珍, 劉慶和, 等. 軸系剛度對(duì)新型空氣動(dòng)力負(fù)載模擬器的影響. 航空學(xué)報(bào), 2001,22(2):148-151.

[12] Wang M Y, Guo B, Wang J L. Analysis of the frequency width affected by inertia and stiffness. Electric Machines and Control, 2004,8(1):71-73.(in Chinese)

王明彥，郭犇，王金梁. 慣量和剛度對(duì)電動(dòng)負(fù)載模擬器頻寬影響分析. 電機(jī)與控制學(xué)報(bào)，2004,8(1):71-73.

[13] Hao J J, Zhao K D, Xu H G. Study on the inference on the performance of the electro-hydraulic simulator by stiffness and inertia load. China Mechanical Engineering, 2002,13(6):458-461. (in Chinese)

郝經(jīng)佳, 趙克定, 許宏光. 剛度、慣量負(fù)載對(duì)電液負(fù)載仿真臺(tái)性能影響的研究. 中國(guó)機(jī)械工程, 2002, 13(6):458-461.

[14] Zhang L X, Wang A M, Zhou J C. et al. Position synchronization compensation method for widening the bandwidth of aero-load simulator. Journal of Harbin Institute of Technology, 1995, 27(3):123-126. (in Chinese)

張立勛, 王安敏, 周繼成, 等. 位置同步補(bǔ)償提高飛行器負(fù)載模擬器頻寬的研究. 哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 1995, 27(3):123-126.

[15] Wang A M, Zhang L X, Liu Q H, et al. Study on load simulator with new structure. Mechanical Engineer, 1994(6):4-5. (in Chinese)

王安敏, 張立勛, 劉慶和, 等. 新型結(jié)構(gòu)負(fù)載模擬器研究. 機(jī)械工程師,1994 (6):4-5.

[16] Zhang L X, Meng Q X, Liu Q H, et al. Experimental and theoretic study on eliminating the disturbance torque and widening the frequency band width of the load simulator using position synchro compensation. Journal of Harbin Institute of Technology, 1997,18(1):120-123. (in Chinese)

張立勛, 孟慶鑫, 劉慶和,等. 位置同步補(bǔ)償克服負(fù)載模擬器干擾力矩及提高系統(tǒng)頻寬的理論與實(shí)驗(yàn)研究. 哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 1997,18(1):120-123.

[17] Su D H, Wu S L, Fu X W, et al. Eliminating disturbance torque by angular velocity difference based on synchro-compensation. Journal of Harbin Institute of Technology, 2000,32(1):78-85. (in Chinese)

蘇東海, 吳盛林,付興武, 等. 利用基于同步補(bǔ)償?shù)慕撬俣炔钪悼朔嘤嗔? 哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2000,32(1):78-85.

[18] Nam Y, Hong S K. Force control system design for aerodynamic load simulator. Control Engineering Practice, 2002, 10(5):549-558.

[19] Niksefat N. Sepehri N. Design and experimental evaluation of a robust force controller for an electro-hydraulic actuator via quantitative feedback theory. Control Engineering Practice, 2000, 8(12):1335-1345.

[20] Truong D Q, Ahn K K. Force control for hydraulic load simulator using self-tuning grey predictor-fuzzy PID. Mechatronics, 2009, 19(2): 233-246.

[21] Truong D Q, Ahn K K, Soo K J, et al. Application of fuzzy-PID controller in hydraulic load simulator. Mechatronics and Automation, 2007, 24(8): 3338-3343.

[22] Jiao Z X, Gao J X, Hua Q, et al. The velocity synchronizing control on the electro-hydraulic load simulator. Chinese Journal of Aeronautics, 2004, 17(1): 39-45.

[23] Shang Y X, Wu S, Jiao Z X, et al, Study on ultimate performance of light-duty electro-hydraulic torque load simulator. Proceedings of 2008 IEEE Conference on Robotics, Automation and Mechatronics, 2008：387-392.

[24] Jiao Z X, Hua Q, Wang X D, et al. Hydraulic control on the electro-hydraulic load simulator. Chinese Journal of Mechanical Engineering, 2002, 38(12):34-38.(in Chinese)

焦宗夏，華清，王曉東，等. 電液負(fù)載模擬器的復(fù)合控制. 機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2002, 38(12): 34-38.

AnImprovedVelocitySynchronizationControlonElectro-hydraulicLoadSimulator

WANGChengwen,JIAOZongxia*,LUOCaijin

ScienceandTechnologyonAircraftControlLaboratory,BeihangUniversity,Beijing100191,China

Theissuesofsurplustorqueinthehardware-in-looploadingsimulationarestudied.Themathematicalmodelofelectro-hydraulicloadingsimulator(EHLS)isbuiltup.Theconceptsofsurplustorquedisturbancecoefficientsareputforwardforthequantitativeanalysisofthecompositionofsurplustorque,anddefinitionmethodforthedisturbancecoefficientsisgiven.Mechanismofsuppressionofthesurplustorquebytraditionalvelocitysynchronizationschemeanditsdrawbackareanalyzed.Animprovedschemebasedonthetraditionalvelocitysynchronizationschemeisproposedwhichusesthevelocityerrorbetweentherudderandloadingsystemtoconductsecondarycompensationforsurplustorque.Effectivenessoftheproposedschemeisprovedbyexperimentalresults.EHLSwiththeproposedschemehasanidealeffectondynamicloading,andtheabilitytosuppresssurplustorqueisimprovedbymorethan25%comparedwiththetraditionalvelocitysynchronizationscheme.

loadsimulator;surplustorque;velocitysynchronization;disturbancecoefficient;synchronousmotors;hardwareintheloopsimulation

2011-12-19；Revised2012-04-26；Accepted2012-05-31；Publishedonline2012-06-211512

URL：www.cnki.net/kcms/detail/11.1929.V.20120621.1512.002.html

NationalScienceFundforDistinguishedYoungScholars(50825502)

.Tel.：010-82338938E-mailzxjiao@buaa.edu.cn

2011-12-19;退修日期2012-04-26;錄用日期2012-05-31; < class="emphasis_bold">網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間

時(shí)間：2012-06-211512

www.cnki.net/kcms/detail/11.1929.V.20120621.1512.002.html

國(guó)家杰出青年科學(xué)基金(50825502)

.Tel.：010-82338938E-mailzxjiao@buaa.edu.cn

WangCW,JiaoZX,LuoCJ.Animprovedvelocitysynchronizationcontrolonelectro-hydraulicloadsimulator.ActaAeronauticaetAstronauticaSinica,2012,33(9):1717-1725. 汪成文，焦宗夏，羅才瑾．基于改進(jìn)的速度同步控制的電液負(fù)載模擬器．航空學(xué)報(bào),2012,33(9):1717-1725.

http://hkxb.buaa.edu.cnhkxb@buaa.edu.cn

1000-6893(2012)09-1717-09

V242

A

汪成文男， 博士研究生。主要研究方向： 電液伺服控制。

Tel:010-82339238。

E-mail: cwwang@yeah.net

焦宗夏男， 教授， 博士生導(dǎo)師。主要研究方向： 機(jī)電系統(tǒng)的數(shù)字化、 智能化設(shè)計(jì)技術(shù), 新型作動(dòng)系統(tǒng)與余度舵機(jī)技術(shù), 機(jī)電裝備與半實(shí)物仿真系統(tǒng)。

Tel: 010-82338938

E-mail: zxjiao@buaa.edu.cn

羅才瑾男， 碩士研究生。主要研究方向： 機(jī)電裝備與半實(shí)物仿真系統(tǒng)。

Tel: 010-82339238

E-mail: luocaijin321@sina.com