徐志偉，范元?jiǎng)?/p>

(南京理工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，南京 210094)

電動(dòng)直線加載系統(tǒng)多閉環(huán)復(fù)合控制

徐志偉，范元?jiǎng)?/p>

(南京理工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，南京 210094)

為實(shí)現(xiàn)對(duì)某型航天用直線運(yùn)動(dòng)伺服系統(tǒng)的半物理實(shí)物加載測(cè)試，設(shè)計(jì)了一種模擬其實(shí)際受載的電動(dòng)直線加載系統(tǒng)。針對(duì)電動(dòng)直線加載系統(tǒng)多余力矩強(qiáng)擾動(dòng)及其他非線性因素影響力矩跟蹤精度的問題，提出一種引入前饋補(bǔ)償，以力矩閉環(huán)作為外環(huán)、轉(zhuǎn)速閉環(huán)為內(nèi)環(huán)的多閉環(huán)復(fù)合控制策略，并在力矩外環(huán)采用模糊自適應(yīng)PID控制器。給定階躍信號(hào)和正弦載荷進(jìn)行直線加載跟蹤性能對(duì)比仿真分析，結(jié)果表明在不同頻率下有效滿足跟蹤性能要求；在不同擾動(dòng)頻率和幅值情況下進(jìn)行多余力矩抑制對(duì)比仿真分析，與傳統(tǒng)閉環(huán)相比，多閉環(huán)復(fù)合控制策略有效地抑制了加載系統(tǒng)的多余力矩，提高了直線加載跟蹤精度和系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能。

電動(dòng)直線加載系統(tǒng)；模糊自適應(yīng)PID；多閉環(huán)復(fù)合控制；多余力矩抑制

0 引言

隨著國(guó)防建設(shè)的需要和航空航天技術(shù)的不斷發(fā)展，某型直線運(yùn)動(dòng)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)得到廣泛的應(yīng)用。電動(dòng)直線加載系統(tǒng)(Electric Linear Loading System,ELLS)能夠于實(shí)驗(yàn)室條件下根據(jù)直線運(yùn)動(dòng)伺服機(jī)構(gòu)的實(shí)際受載狀況對(duì)其進(jìn)行模擬加載，將傳統(tǒng)的自破壞性全實(shí)物試驗(yàn)轉(zhuǎn)變成實(shí)驗(yàn)室條件下的半實(shí)物仿真試驗(yàn)，以考核其在實(shí)際工況下的工作性能及可靠性[1]。電動(dòng)直線加載作為典型非線性的被動(dòng)式加載，直線運(yùn)動(dòng)伺服系統(tǒng)主動(dòng)運(yùn)動(dòng)引起的多余力矩影響電動(dòng)直線加載系統(tǒng)(ELLS)的控制精度、頻寬及穩(wěn)定性，故如何盡可能地抑制乃至消除多余力矩干擾是電動(dòng)直線加載系統(tǒng)(ELLS)的關(guān)鍵問題[2]。

目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者主要從結(jié)構(gòu)補(bǔ)償和控制策略優(yōu)化上對(duì)多余力矩抑制進(jìn)行了研究。文獻(xiàn)[3]在結(jié)構(gòu)上引入了彈簧桿作為連接緩沖機(jī)構(gòu)，并采用舵機(jī)角速度作為前饋補(bǔ)償，加載試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明能夠滿足“雙十指標(biāo)”，但針對(duì)不同負(fù)載的加載梯度須更換彈簧桿，不能滿足自動(dòng)加載的要求；文獻(xiàn)[4]基于結(jié)構(gòu)不變性原理引入舵機(jī)速度和位置前饋來抑制多余力矩，其缺點(diǎn)在于系統(tǒng)需建立精確的逆模型；文獻(xiàn)[5]提出基于非均勻量化思想的改進(jìn)小腦模型(CMAC)，但小腦模型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)缺乏相應(yīng)的理論指導(dǎo)，較難推廣應(yīng)用；文獻(xiàn)[6]應(yīng)用迭代學(xué)習(xí)控制整定PID參數(shù)，所構(gòu)成復(fù)合控制器存在計(jì)算量大、給定值修正頻繁的問題。

針對(duì)ELLS多余力矩影響控制精度、加載頻寬及穩(wěn)定性問題，基于閉環(huán)控制與串聯(lián)控制的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)ELLS進(jìn)行性能分析后，本文設(shè)計(jì)一種基于前饋補(bǔ)償控制、串入力矩外環(huán)控制和速度內(nèi)環(huán)控制的控制方法，并在力矩外環(huán)引入模糊自適應(yīng)PID控制器[7]，與傳統(tǒng)的閉環(huán)控制進(jìn)行了理論分析與比較，對(duì)比仿真驗(yàn)證了其有效性。

1 ELLS結(jié)構(gòu)和數(shù)學(xué)模型

1.1 ELLS結(jié)構(gòu)

ELLS的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。ELLS測(cè)試系統(tǒng)主要由加載電機(jī)(直流力矩電機(jī))、波紋管聯(lián)軸器、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器、滾珠絲桿副、光柵尺、拉壓力傳感器及被加載直線運(yùn)動(dòng)伺服系統(tǒng)組成。直流力矩電機(jī)具有高剛度、高線性、小扭矩波動(dòng)及能長(zhǎng)時(shí)間處于堵轉(zhuǎn)狀態(tài)等優(yōu)點(diǎn)，故采用直流力矩電機(jī)作為ELLS的驅(qū)動(dòng)元件。采用高精度、無側(cè)隙的大導(dǎo)程滾珠絲桿副將伺服加載電機(jī)的扭矩輸出變?yōu)橹本€加載。拉壓力傳感器用來實(shí)時(shí)測(cè)量ELLS加載力的大小，并經(jīng)AD轉(zhuǎn)換反饋給工控機(jī)。

圖1 ELLS結(jié)構(gòu)

由圖1可知，ELLS與直線運(yùn)動(dòng)伺服機(jī)構(gòu)通過連接軸剛性連接，當(dāng)ELLS參考輸入指令信號(hào)為零時(shí)，由直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)作主動(dòng)直線運(yùn)動(dòng)所引起ELLS的輸出力矩即為多余力矩。

1.2 ELLS數(shù)學(xué)模型

直流力矩伺服電機(jī)可等效為一電感元件和一線性電阻串聯(lián)而成，由電壓平衡方程和轉(zhuǎn)矩平衡方程可得直流力矩電機(jī)傳遞函數(shù)：

(1)

式中:TL為電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩；Kt為電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩系數(shù)；Um為電樞繞組的端電壓；Ke為電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)常數(shù)；Jm為電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；Bm為電機(jī)阻尼系數(shù)；Lm為電樞回路總等效電感；Rm為電樞回路總電阻；θm為力矩電機(jī)的角位移。

ELLS采用脈寬調(diào)制(PWM)驅(qū)動(dòng)裝置，由于大功率晶體管的開關(guān)頻率遠(yuǎn)大于加載電機(jī)的工作頻率，PWM輸出信號(hào)中的交流分量影響很小，實(shí)際起作用的是直流分量，因此PWM驅(qū)動(dòng)裝置可視為比例環(huán)節(jié)，其數(shù)學(xué)模型為：

(2)

式中:KPWM為PWM驅(qū)動(dòng)裝置等效增益；Ui為控制電壓信號(hào)。

ELLS將伺服加載電機(jī)的扭矩輸出變?yōu)橹本€加載需經(jīng)波紋管聯(lián)軸器、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器、滾珠絲桿副等元件轉(zhuǎn)換，而這些元件的剛度對(duì)ELLS的加載性能有著一定影響。將中間轉(zhuǎn)換元件和被加載直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)按系統(tǒng)負(fù)載考慮，且負(fù)載與電機(jī)剛性連接，因此電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩包括模擬慣性負(fù)載、阻尼負(fù)載及彈性負(fù)載，建立其平衡方程為[8]:

(3)

式中:JL為負(fù)載等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；BL為負(fù)載阻尼系數(shù)；KL為負(fù)載等效彈性剛度系數(shù)；θL為負(fù)載角位移。

ELLS采用高精度、無側(cè)隙的滾珠絲桿副將伺服加載電機(jī)的扭矩輸出變?yōu)橹本€加載，根據(jù)滾珠絲杠副受力模型，可得電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩與直線加載力關(guān)系、負(fù)載角位移與直線加載位移關(guān)系為[9]：

(4)

式中:F為直線加載力；r為絲杠半徑；λ為滾珠絲杠副螺紋升角；L為直線加載位移;P為滾珠絲杠副導(dǎo)程。

綜合式(1)～式(4)可得ELLS整體數(shù)學(xué)模型，其傳遞函數(shù)為：

F=G3Ui-G4L

(5)

其中：

(6)

(7)

G5=(Lms+Rm)[(Jm+Bm)s2+(Bm+BL)s+KL]+KtKes

(8)

由式(5)可知，ELLS直線加載力輸出受給定電壓信號(hào)Ui和直線運(yùn)動(dòng)伺服系統(tǒng)輸出直線位移L的共同影響。令L=0，即直線運(yùn)動(dòng)伺服系統(tǒng)不輸出位移，則有：

(9)

式(9)表示ELLS不受被加載直線運(yùn)動(dòng)伺服系統(tǒng)擾動(dòng)情況下的前向通道特性。式(5)中令Ui=0，則有：

(10)

式(10)表示ELLS的擾動(dòng)通道特性，且負(fù)號(hào)的物理含義表示擾動(dòng)加載力的方向與被加載直線運(yùn)動(dòng)伺服系統(tǒng)的位移方向相反。

ELLS整體數(shù)學(xué)模型控制方框圖如圖2所示。圖2中，ωm為電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角速度；Em為電樞反電動(dòng)勢(shì)；im為電樞電流；Tm為電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩。

圖2 ELLS整體數(shù)學(xué)模型控制方框圖

2 ELLS性能分析與控制器設(shè)計(jì)

2.1 ELLS性能分析

在對(duì)ELLS系統(tǒng)控制器設(shè)計(jì)及調(diào)試之前，為驗(yàn)證其穩(wěn)定性，須先對(duì)其進(jìn)行性能分析[10]。ELLS系統(tǒng)參數(shù)表如表1所示。

表1 系統(tǒng)參數(shù)表

ELLS可近似被視為慣性加載系統(tǒng)，故負(fù)載阻尼系數(shù)BL可近似為零。結(jié)合ELLS數(shù)學(xué)模型，當(dāng)加載系統(tǒng)作主動(dòng)運(yùn)動(dòng)時(shí)，直線運(yùn)動(dòng)伺服系統(tǒng)輸出位移L為零，若設(shè)定參考值KPWM=1，得ELLS開環(huán)傳遞函數(shù)并代入表1參數(shù)，即：

(11)

利用MATLAB編程求得式(11)伯德圖，可知ELLS幅值裕度Kg=-77dB，相位裕度γ=-88.4°，由伯德圖的物理意義可知系統(tǒng)不穩(wěn)定。但可調(diào)節(jié)剪切頻率ωc滯后于當(dāng)前剪切頻率，使相頻特性距-180°的相位差γ>0°，從而使相位裕度和幅值裕度滿足穩(wěn)定條件。依據(jù)滯后校正原理，在式(11)上串聯(lián)滯后校正，求得其傳遞函數(shù)為：

(12)

滯后校正后開環(huán)系統(tǒng)的相位裕度γ=90.4°>0°，幅值裕度Kg>0dB，采用乃奎斯特穩(wěn)定性判定系統(tǒng)穩(wěn)定。

2.2 ELLS前饋補(bǔ)償控制器設(shè)計(jì)

針對(duì)ELLS外部擾動(dòng)，利用前饋控制補(bǔ)償法中按干擾補(bǔ)償?shù)姆椒ㄟM(jìn)行多余力矩補(bǔ)償設(shè)計(jì)。因負(fù)載等效彈性剛度系數(shù)KL很大，可近似視為被加載直線運(yùn)動(dòng)伺服系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速ωL與加載電機(jī)轉(zhuǎn)速ωm相等。由圖3可知補(bǔ)償控制器Gn(s)須由兩部分Gn1(s)與Gn2(s)組成，Gn1(s)補(bǔ)償反電動(dòng)勢(shì)引起的多余力矩，Gn2(s)補(bǔ)償由慣性引起的多余力矩?；谇梆伩刂蒲a(bǔ)償條件，Gn1(s)、Gn2(s)需滿足：

(14)

由式(13)、式(14)可得前饋補(bǔ)償控制器Gn(s)，并代入表1參數(shù)得：

sGn(s)=5.928×10-6s3+1.092×10-3s2+1.872s

(15)

式中，三項(xiàng)分別補(bǔ)償了由加速度變化率、加速度及速度所引起的多余力矩?？芍苯訙y(cè)得被加載對(duì)象的位置及速度信號(hào)，加速度信號(hào)及其變化率則要以微分環(huán)節(jié)來實(shí)現(xiàn)，但在高頻信號(hào)下易導(dǎo)致微分環(huán)節(jié)振蕩，可考慮只引入速度前饋補(bǔ)償。

2.3 ELLS外環(huán)控制器設(shè)計(jì)

基于力/力矩閉環(huán)的外環(huán)控制器，其目標(biāo)為抑制ELLS的外部干擾、加快其動(dòng)態(tài)頻率響應(yīng)及提高力跟蹤精度。實(shí)驗(yàn)調(diào)節(jié)發(fā)現(xiàn)，常規(guī)PID控制難以實(shí)現(xiàn)對(duì)非線性和時(shí)變環(huán)節(jié)的精確加載，例如積分飽和環(huán)節(jié)及加載啟動(dòng)階段，加載系統(tǒng)控制性能明顯下降，乃至出現(xiàn)畸變[11]。外環(huán)控制器Gd采用模糊自適應(yīng)PID控制，由常規(guī)PID控制器和模糊推理參數(shù)校正部分組成。

選取系統(tǒng)誤差e及誤差變化率ec為控制器輸入語言變量，選取△KP、△Ki、Kd輸出語言變量，輸入輸出模糊子集均定義為{NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB}，劃定論域[-6,6]，變量分布均服從三角分布，模糊推理應(yīng)用MAX-MIN規(guī)則，解模糊應(yīng)用重心法，模糊規(guī)則見文獻(xiàn)[12]。實(shí)時(shí)查表并代入式(16)求得合理參數(shù)。

(16)

加入前饋補(bǔ)償控制器和外環(huán)控制器的ELLS多閉環(huán)復(fù)合控制結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。

圖3 ELLS多閉環(huán)復(fù)合控制結(jié)構(gòu)框圖

3 仿真結(jié)果分析

為驗(yàn)證ELLS多閉環(huán)復(fù)合控制的有效性，利用MATLAB/Simulink對(duì)其進(jìn)行對(duì)比仿真分析，以驗(yàn)證多余力/力矩抑制效果和直線加載性能。仿驗(yàn)中，外環(huán)控制器Gd采用模糊自適應(yīng)PID控制，量化因子為3.6、0.2，比例因子為0.1、2和0.033。

3.1 直線加載跟蹤性能仿真

給定加載力為3000 N的階躍控制信號(hào)，被加載直線運(yùn)動(dòng)伺服系統(tǒng)輸入信號(hào)為幅值1 mm、頻率2 Hz和5 Hz的正弦信號(hào)，仿真時(shí)間取5 s，跟蹤曲線如圖4所示。

由圖4可知，當(dāng)擾動(dòng)頻率為2 Hz時(shí)，ELLS對(duì)階躍響應(yīng)跟蹤效果較好，跟蹤誤差小于50 N，為輸入加載力的1.67%；當(dāng)擾動(dòng)頻率增大至5 Hz時(shí)，跟蹤誤差明顯增大至260 N，為輸入加載力的8.67%。可見ELLS在階躍響應(yīng)時(shí)的超調(diào)量和響應(yīng)時(shí)間滿足ELLS動(dòng)態(tài)跟蹤性能的要求。

(a)干擾信號(hào)為1 mm/2 Hz時(shí)的階躍跟蹤曲線

(b)干擾信號(hào)為1 mm/5 Hz時(shí)的階躍跟蹤曲線圖4 ELLS階躍信號(hào)跟蹤曲線

工程實(shí)際中常用加載指令力矩與實(shí)際輸出力矩間的相位差與幅值差來衡量一個(gè)加載系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)跟蹤性能，當(dāng)幅值誤差小于±10%和相位誤差變化小于10°即為“雙十指標(biāo)”[13]。直線運(yùn)動(dòng)伺服系統(tǒng)以幅值為1 mm、頻率與加載力相同做正弦運(yùn)動(dòng)，作出加載力幅值為3000 N，頻率分別為2 Hz、5 Hz和10 Hz時(shí)的ELLS加載力正弦跟蹤曲線。為驗(yàn)證ELLS多閉環(huán)復(fù)合控制的有效性，給出相同加載條件下單閉環(huán)控制和復(fù)合控制的正弦跟蹤曲線，進(jìn)行對(duì)比分析。圖5僅給出加載頻率為2 Hz時(shí)的對(duì)比曲線。

(a)干擾信號(hào)為1 mm/2 Hz時(shí)的單閉環(huán)控制跟蹤曲線

(b)干擾信號(hào)為1 mm/2 Hz時(shí)的復(fù)合控制跟蹤曲線圖5 ELLS輸出力正弦跟蹤曲線

圖5a和圖5b分別是當(dāng)加載頻率為2 Hz時(shí)ELLS單閉環(huán)控制和復(fù)合控制下的跟蹤效果，在被加載系統(tǒng)以幅值1 mm及頻率2 Hz的正弦擾動(dòng)下，單閉環(huán)控制較復(fù)合控制明顯幅值超調(diào)大，相位滯后明顯，輸出加載力跟蹤幅值誤差已大于10%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到“雙十指標(biāo)”；圖5b為復(fù)合控制下加載力跟蹤曲線，輸出力與輸入力曲線基本重合，幅值誤差和相位滯后小，ELLS跟蹤性能大大改善。當(dāng)加載頻率提高至5 Hz及10Hz時(shí)，跟蹤效果較好，輸出力曲線幅值誤差和相位滯后較小，加載精度滿足理想的“雙十指標(biāo)”。

3.2 多余力/力矩抑制仿真

抑制多余力/力矩的能力是衡量伺服加載系統(tǒng)加載能力的一重要指標(biāo)。為測(cè)量ELLS多余力矩，令輸入指令加載力為0 N，被加載直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)分別運(yùn)行于2 Hz、5 Hz及10 Hz三種頻率條件下，幅值為1 mm、2mm及5mm。僅給出1 mm/2 Hz時(shí)的多余力矩曲線，完整多余力矩抑制結(jié)果見表2。

圖6 信號(hào)為1 mm/2 Hz時(shí)的復(fù)合控制多余力矩曲線

表2 ELLS多余力矩抑制

相較于擾動(dòng)信號(hào)幅值的影響，多余力矩相對(duì)抑制率受擾動(dòng)頻率的影響更大，這是由于受載機(jī)構(gòu)是以影響電樞電流而產(chǎn)生多余力矩的，且其具有微分特性；前饋補(bǔ)償控制器Gn(s)的加速度及其變化率補(bǔ)償部分以微分環(huán)節(jié)來實(shí)現(xiàn)，但在高頻信號(hào)下易導(dǎo)致微分環(huán)節(jié)振蕩；且ELLS扭矩輸出轉(zhuǎn)化為直線力過程中有較大增益。故多閉環(huán)復(fù)合控制多余力矩抑制效果在中低頻擾動(dòng)下較為明顯，相對(duì)抑制率達(dá)到95%以上，滿足了ELLS指標(biāo)要求。

4 結(jié)論

針對(duì)航天用某型直線運(yùn)動(dòng)伺服系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了測(cè)試其承載性能的電動(dòng)直線加載系統(tǒng)(ELLS)；針對(duì) ELLS的特點(diǎn)及傳統(tǒng)單閉環(huán)控制存在的缺點(diǎn)，對(duì)ELLS進(jìn)行性能分析后，基于傳統(tǒng)閉環(huán)控制，設(shè)計(jì)了增加前饋補(bǔ)償、轉(zhuǎn)速內(nèi)環(huán)及力矩外環(huán)的多閉環(huán)復(fù)合控制方法，并在力矩外環(huán)引入了模糊PID控制器。經(jīng)仿真實(shí)驗(yàn)表明，多閉環(huán)復(fù)合控制策略能夠在不同擾動(dòng)頻率的情況下實(shí)現(xiàn)較高的力矩加載精度，在不同擾動(dòng)頻率和幅值的情況下有效地抑制了多余力矩，保證了ELLS力矩跟蹤精度和動(dòng)態(tài)性能，并且該方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于工程實(shí)現(xiàn)，對(duì)電動(dòng)直線加載系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有著較大的參考價(jià)值。

[1] 齊蓉,林輝,陳明.被動(dòng)式電動(dòng)加載系統(tǒng)多余力的研究[J].控制與決策,2006,21(2):225-228.

[2] Wang Zhe,Wang Minyan,Wang Guoqiang.Simulation analysis of a new electric dynamic load simulator based on duoblestator permanent-magned synchronous motor[C]//Power Electr-onics and Motion Control Conference, June 2-5, 2012, Harbin, China. 2012: 2617-2620.

[3] 王鑫,馮冬竹.引入彈簧桿的電動(dòng)負(fù)載模擬器實(shí)驗(yàn)研究[J].電機(jī)與控制學(xué)報(bào),2012,16(9):91-94.

[4] 李成功,靳紅濤,焦宗夏.電動(dòng)負(fù)載模擬器多余力矩產(chǎn)生機(jī)理及抑制[J].北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào),2006,32(2):204-208.

[5] 楊波,王哲.新型小腦模型關(guān)聯(lián)控制器復(fù)合控制在電動(dòng)加載系統(tǒng)中的結(jié)構(gòu)及算法[J].控制理論與應(yīng)用,2011,28(6):827-833.

[6] 王明彥,郭奔.基于迭代學(xué)習(xí)控制的電動(dòng)伺服負(fù)載模擬器[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào),2003,23(12):123-126.

[7] 湯紅誠,李著信,王正濤,等.一種模糊PID控制系統(tǒng)[J].電機(jī)與控制學(xué)報(bào),2005,9(2):136-138.

[8] Sebastian Abu.Design methodologies fot robust neon positioning[J].IEEE Transactions on Control Systems Technology, 2005,13(6):868-876.

[9] 濮建榮.行星滾柱絲杠副接觸、摩擦與工作特性的理論與試驗(yàn)研究[D].南京:南京理工大學(xué),2015.

[10] 葛邵鵬程,范元?jiǎng)?直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)電動(dòng)加載測(cè)試系統(tǒng)建模及仿真分析[J].組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù),2016(9):91-94.

[11] 呂帥帥,林輝.電動(dòng)加載系統(tǒng)分?jǐn)?shù)迭代學(xué)習(xí)復(fù)合控制[J].北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào),2016,42(9):1944-1951.

[12] 呂帥帥,林輝,樊明迪.電動(dòng)加載系統(tǒng)多閉環(huán)復(fù)合控制[J].電機(jī)與控制學(xué)報(bào),2015,19(9):16-21.

[13] 焦宗夏,華清,王曉東.負(fù)載模擬器的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào),2002,38(11):26-30.

(編輯 李秀敏)

Electric Linear Loading System with Multi Closed-up Compound Control

XU Zhi-wei, FAN Yuan-xun

(School of Mechanical Engineering, Nanjing University of Science and Technology, Nanjing 210094, China)

To realize the handware-in-the-loop loading test of a certain type of linear motion servo system in space application, an electic linear loading system is designed for simulating the actual working condition of the linear motion servo system. To solve the problem that the disturbance of surplus torque and the nonlinearity deteriorate the precision of torque tracking in the electric linear loading system, a multi closed-loop control strategy with closed-loop torque as outer loop, closed-loop speed as the inner loop and feed-forward compensation is proposed. And the closed-loop torque adopts fuzzy adaptive PID algorithm. The step signal and sine load singal is given and the linear load tracking performance is contrastively simulated and analyzed. The results show that the proposed method effectively meets the tracking performance requirments. The simulation of surplus torque inhibition is contrastively analyzed under the condition of different disturbance frequency and amplitude. Compared with traditional closed-loop, the proposed method effectively suppresses the disturbance of surplus torque, improves the tracking precision and dynamic performance of electric linear loading system.

electric linear loading system; fuzzy adaptive PID; multi closed-loop compound control; surplus torque suppression

1001-2265(2017)08-0089-04

10.13462/j.cnki.mmtamt.2017.08.022

2016-11-13；

2017-01-03

徐志偉(1992—)，男，山東濰坊人，南京理工大學(xué)碩士研究生，研究方向?yàn)樗欧虞d測(cè)試系統(tǒng)，(E-mail)115101000006@njust.edu.cn；通訊作者：范元?jiǎng)?1964—)，男，江蘇南通人，南京理工大學(xué)教授，碩士研究生導(dǎo)師，碩士，研究方向?yàn)閺?fù)雜機(jī)電系統(tǒng)一體化設(shè)計(jì)、伺服精密傳動(dòng)測(cè)試與控制技術(shù)，(E-mail)fanyx@njust.edu.cn。

TH166；TG506

A