負(fù)載模擬器的速度同步控制方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種負(fù)載模擬器的速度同步控制方法和系統(tǒng)。其中，負(fù)載模擬器的速度同步控制系統(tǒng)包括加載系統(tǒng)、慣性負(fù)載和被測(cè)位置伺服系統(tǒng)；其中：慣性負(fù)載用于模擬被測(cè)位置伺服系統(tǒng)在實(shí)際工作中的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；加載系統(tǒng)用于模擬位置伺服系統(tǒng)在實(shí)際工作時(shí)所受的力或力矩，并將力或力矩通過(guò)慣性負(fù)載加載到被測(cè)位置伺服系統(tǒng)。采用本發(fā)明的負(fù)載模擬器系統(tǒng)和負(fù)載模擬器的速度同步控制方法，能有效避免基于速度反饋信號(hào)的結(jié)構(gòu)不變性方法對(duì)高品質(zhì)速度及加速度信號(hào)的要求，并能有效的解決傳統(tǒng)速度同步方法在大、中負(fù)載下消擾能力變差的問(wèn)題。
【專利說(shuō)明】負(fù)載模擬器的速度同步控制方法和系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種速度同步控制技術(shù)，特別是一種負(fù)載模擬器的速度同步控制方法和系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]電液負(fù)載模擬器(EHLS)是飛行器伺服機(jī)構(gòu)半實(shí)物仿真的關(guān)鍵設(shè)備，用于模擬舵機(jī)在飛行過(guò)程中所承受的氣動(dòng)載荷，其性能直接影響飛控系統(tǒng)伺服機(jī)構(gòu)評(píng)價(jià)的置信度。其控制難點(diǎn)是要在位控系統(tǒng)的任意運(yùn)動(dòng)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的力加載，故負(fù)載模擬器是典型的帶有強(qiáng)運(yùn)動(dòng)耦合的電液力伺服系統(tǒng)。
[0003]針對(duì)如何抑制運(yùn)動(dòng)擾動(dòng)帶來(lái)的不利影響，國(guó)內(nèi)外相關(guān)學(xué)者開(kāi)展了廣泛的研究，其方法大體分為三類，一類是結(jié)構(gòu)補(bǔ)償方法。其從加載系統(tǒng)的硬件(機(jī)械)結(jié)構(gòu)入手，通過(guò)增加輔助環(huán)節(jié)來(lái)消除運(yùn)動(dòng)擾動(dòng)帶來(lái)的不利影響，總體來(lái)說(shuō)此方法的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，成本也比較高；第二類是基于同步補(bǔ)償?shù)目刂扑惴?。該類方法是從控制策略入手，采用補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)在加載系統(tǒng)中產(chǎn)生附加速度同步控制作用，達(dá)到克服運(yùn)動(dòng)擾動(dòng)的目的。現(xiàn)有技術(shù)還提出了“結(jié)構(gòu)不變性理論”，利用舵機(jī)系統(tǒng)的速度反饋信息進(jìn)行前饋補(bǔ)償，其研究揭示了舵機(jī)速度是影響加載精度的主要原因，為以后關(guān)于力加載系統(tǒng)消除運(yùn)動(dòng)擾動(dòng)的研究奠定了基礎(chǔ)。焦宗夏等人提出了速度同步控制算法，其采用舵機(jī)的閥信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)速度同步效果，在工程項(xiàng)目中得到了大量應(yīng)用。姚建勇等人提出了一種最優(yōu)模型補(bǔ)償控制策略，并針對(duì)系統(tǒng)模型的不確定性設(shè)計(jì)了一種自適應(yīng)魯棒力矩控制策略，取得了良好效果。第三類方法是將運(yùn)動(dòng)耦合看作一種外干擾，通過(guò)提高力伺服系統(tǒng)的魯棒性消除位置系統(tǒng)的影響，如H無(wú)窮控制，定量反饋控制。此外，摩擦對(duì)力矩跟蹤性能也有較大影響，針對(duì)靜態(tài)加載工況下的力矩跟蹤，姚建勇等人設(shè)計(jì)了一種基于LuGre摩擦模型的雙狀態(tài)估計(jì)魯棒控制策略，顯著提升了系統(tǒng)跟蹤精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]在下文中給出關(guān)于本發(fā)明的簡(jiǎn)要概述，以便提供關(guān)于本發(fā)明的某些方面的基本理解。應(yīng)當(dāng)理解，這個(gè)概述并不是關(guān)于本發(fā)明的窮舉性概述。它并不是意圖確定本發(fā)明的關(guān)鍵或重要部分，也不是意圖限定本發(fā)明的范圍。其目的僅僅是以簡(jiǎn)化的形式給出某些概念，以此作為稍后論述的更詳細(xì)描述的前序。
[0005]本發(fā)明的一個(gè)主要目的在于提供一種負(fù)載模擬器的速度同步控制系統(tǒng)和一種負(fù)載模擬器的速度同步控制方法，能有效避免基于速度反饋信號(hào)的結(jié)構(gòu)不變性方法對(duì)高品質(zhì)速度及加速度信號(hào)的要求，并能有效的解決傳統(tǒng)速度同步方法在大、中負(fù)載下消擾能力變差的問(wèn)題。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的一方面，負(fù)載模擬器的速度同步控制系統(tǒng)，包括加載系統(tǒng)、慣性負(fù)載和被測(cè)位置伺服系統(tǒng)；其中:
[0007]所述慣性負(fù)載用于模擬所述被測(cè)位置伺服系統(tǒng)在實(shí)際工作中的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；[0008]所述加載系統(tǒng)用于模擬所述位置伺服系統(tǒng)在實(shí)際工作時(shí)所受的力或力矩，并將所述力或力矩通過(guò)慣性負(fù)載加載到所述被測(cè)位置伺服系統(tǒng)。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種負(fù)載模擬器的速度同步控制方法，包括:
[0010]慣性負(fù)載模擬被測(cè)位置伺服系統(tǒng)在實(shí)際工作中的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；
[0011]加載系統(tǒng)模擬位置伺服系統(tǒng)在實(shí)際工作時(shí)所受的力或力矩，并將力或力矩通過(guò)慣性負(fù)載加載到被測(cè)位置伺服系統(tǒng)。
[0012]采用本發(fā)明的負(fù)載模擬器的速度同步控制方法和系統(tǒng)，能有效避免基于速度反饋信號(hào)的結(jié)構(gòu)不變性方法對(duì)高品質(zhì)速度及加速度信號(hào)的要求，并能有效的解決傳統(tǒng)速度同步方法在大、中負(fù)載下消擾能力變差的問(wèn)題。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]參照下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的說(shuō)明，會(huì)更加容易地理解本發(fā)明的以上和其它目的、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)。附圖中的部件只是為了示出本發(fā)明的原理。在附圖中，相同的或類似的技術(shù)特征或部件將采用相同或類似的附圖標(biāo)記來(lái)表示。
[0014]圖1為本發(fā)明的負(fù)載模擬器的速度同步控制系統(tǒng)的實(shí)物結(jié)構(gòu)圖；
[0015]圖2為本發(fā)明的負(fù)載模擬器的速度同步控制系統(tǒng)中的加載系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；
[0016]圖3為本發(fā)明的負(fù)載模擬器的速度同步控制系統(tǒng)的第一實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)框圖；
[0017]圖4為本發(fā)明的負(fù)載模擬器的速度同步控制系統(tǒng)的第二實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)框圖；
[0018]圖5為本發(fā)明的負(fù)載模擬器的速度同步控制系統(tǒng)的第三實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)框圖；
[0019]圖6為本發(fā)明的負(fù)載模擬器速度同步控制方法的一種實(shí)施方式的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面參照附圖來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例。在本發(fā)明的一個(gè)附圖或一種實(shí)施方式中描述的元素和特征可以與一個(gè)或更多個(gè)其它附圖或?qū)嵤┓绞街惺境龅脑睾吞卣飨嘟Y(jié)合。應(yīng)當(dāng)注意，為了清楚的目的，附圖和說(shuō)明中省略了與本發(fā)明無(wú)關(guān)的、本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的部件和處理的表示和描述。
[0021]參見(jiàn)圖1所示，為本發(fā)明的負(fù)載模擬器的速度同步控制系統(tǒng)的實(shí)物結(jié)構(gòu)圖。
[0022]圖1中的負(fù)載模擬器的速度同步控制系統(tǒng)包括被測(cè)位置伺服系統(tǒng)10、慣性負(fù)載20和加載系統(tǒng)30。其中，慣性負(fù)載20用于模擬被測(cè)位置伺服系統(tǒng)10在實(shí)際工作中的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。加載系統(tǒng)30用于模擬位置伺服系統(tǒng)10在實(shí)際工作時(shí)所受的力或力矩，并將該力或力矩通過(guò)慣性負(fù)載20加載到被測(cè)位置伺服系統(tǒng)30。
[0023]例如，被測(cè)位置伺服系統(tǒng)10可以是飛機(jī)的舵機(jī)。舵機(jī)作為飛機(jī)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其在控制指令的作用下操作舵面偏轉(zhuǎn)，從而使得飛機(jī)完成相應(yīng)的動(dòng)作(如轉(zhuǎn)彎、上升、下降等)。在正式投入使用之前，需對(duì)舵機(jī)進(jìn)行模擬試驗(yàn)，通過(guò)加載系統(tǒng)30，可模擬其在實(shí)際工作中所承受的載荷，進(jìn)而測(cè)試其各項(xiàng)性能指標(biāo)。
[0024]在一種實(shí)施方式中，位置伺服系統(tǒng)10可以包括執(zhí)行機(jī)構(gòu)，和位于執(zhí)行機(jī)構(gòu)中的伺服閥11。執(zhí)行機(jī)構(gòu)例如可以是液壓缸，也可以是液壓馬達(dá)12。無(wú)論是液壓缸還是液壓馬達(dá)，均有兩個(gè)液壓腔。伺服閥11用于根據(jù)控制指令控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出力或力矩信號(hào)。
[0025]加載系統(tǒng)30可以包括加載伺服閥31和加載液壓馬達(dá)32。加載伺服閥31用于控制加載液壓馬達(dá)32，使得加載液壓馬達(dá)32輸出的力或力矩經(jīng)慣性負(fù)載20施加到被測(cè)位置伺服系統(tǒng)10。
[0026]I)首先，對(duì)加載系統(tǒng)30進(jìn)行建模。
[0027]1.1)加載伺服閥31非線性流量方程:
[0028]
【權(quán)利要求】
1.一種負(fù)載模擬器的速度同步控制系統(tǒng)，其特征在于，包括加載系統(tǒng)、慣性負(fù)載和被測(cè)位置伺服系統(tǒng)；其中: 所述慣性負(fù)載用于模擬所述被測(cè)位置伺服系統(tǒng)在實(shí)際工作中的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量； 所述加載系統(tǒng)用于模擬所述位置伺服系統(tǒng)在實(shí)際工作時(shí)所受的力或力矩，并將所述力或力矩通過(guò)慣性負(fù)載加載到所述被測(cè)位置伺服系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負(fù)載模擬器的速度同步控制系統(tǒng)，其特征在于: 所述加載系統(tǒng)包括加載伺服閥和加載液壓馬達(dá)； 所述加載伺服閥用于根據(jù)所述位置伺服系統(tǒng)中的伺服閥的電流信號(hào)控制所述加載液壓馬達(dá)，使得所述加載液壓馬達(dá)輸出的力或力矩經(jīng)所述慣性負(fù)載施加到所述位置伺服系統(tǒng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的負(fù)載模擬器的速度同步控制系統(tǒng)，其特征在于: 所述加載伺服閥還用于根據(jù)所述被測(cè)位置伺服系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)的兩腔壓差信號(hào)控制所述加載液壓馬達(dá)，使得所述加載液壓馬達(dá)輸出的力或力矩經(jīng)所述慣性負(fù)載施加到所述位置伺服系統(tǒng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的負(fù)載模擬器的速度同步控制系統(tǒng)，其特征在于: 所述加載伺服閥還用于根據(jù)所述加載液壓馬達(dá)輸出的力矩信號(hào)控制所述加載液壓馬達(dá)，使得所述加載液壓馬達(dá)輸出的力或力矩經(jīng)所述慣性負(fù)載施加到所述位置伺服系統(tǒng)。
5.一種負(fù)載模擬器的速度同步控制方法，其特征在于，包括: 慣性負(fù)載模擬被測(cè)位置伺服系統(tǒng)在實(shí)際工作中的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量； 加載系統(tǒng)模擬位置伺服系統(tǒng)在實(shí)際工作時(shí)所受的力或力矩，并將力或力矩通過(guò)慣性負(fù)載加載到被測(cè)位置伺服系統(tǒng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的負(fù)載模擬器的速度同步控制方法，其特征在于: 所述“加載系統(tǒng)模擬位置伺服系統(tǒng)在實(shí)際工作時(shí)所受的力或力矩，并將力或力矩通過(guò)慣性負(fù)載加載到被測(cè)位置伺服系統(tǒng)”包括: 加載系統(tǒng)的加載伺服閥根據(jù)被測(cè)位置伺服系統(tǒng)中的伺服閥的電流信號(hào)控制加載系統(tǒng)的加載液壓馬達(dá)，使得所述加載液壓馬達(dá)輸出的力或力矩經(jīng)所述慣性負(fù)載施加到所述位置伺服系統(tǒng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的負(fù)載模擬器速度同步控制方法，其特征在于: 所述“加載系統(tǒng)模擬位置伺服系統(tǒng)在實(shí)際工作時(shí)所受的力或力矩，并將力或力矩通過(guò)慣性負(fù)載加載到被測(cè)位置伺服系統(tǒng)”還包括: 加載伺服閥根據(jù)位置伺服系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)的兩腔壓差信號(hào)控制加載液壓馬達(dá)，使得加載液壓馬達(dá)輸出的力或力矩信號(hào)經(jīng)所述慣性負(fù)載施加到被測(cè)位置伺服系統(tǒng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的負(fù)載模擬器的速度同步控制方法，其特征在于，所述“加載系統(tǒng)模擬位置伺服系統(tǒng)在實(shí)際工作時(shí)所受的力或力矩，并將力或力矩通過(guò)慣性負(fù)載加載到被測(cè)位置伺服系統(tǒng)”還包括: 加載伺服閥還根據(jù)加載液壓馬達(dá)輸出的力矩信號(hào)控制加載液壓馬達(dá)，使得加載液壓馬達(dá)輸出的力或力矩信號(hào)通過(guò)慣性負(fù)載加載到被測(cè)位置伺服系統(tǒng)。
【文檔編號(hào)】G06F9/455GK103577244SQ201310470462
【公開(kāi)日】2014年2月12日 申請(qǐng)日期:2013年10月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月10日
【發(fā)明者】焦宗夏, 韓松杉, 尚耀星, 姚建勇, 吳帥 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)