电液被动式加载伺服系统的工程实践

飞行器的负载模拟器就是被动式加载装置之一,简称加载装置或称加载器。它是飞行器做地面模拟实验的重要设备,用以考核飞行器的舵机承载能力。对一些负载特性软的舵机(如气压舵机),在受载和不受载时,共舵机特性变化较大。舵机承受载荷的能力,关系到飞行器能否安全飞行和准确击中目标,可见通     

基于双回路控制的电动负载模拟器研究

电动舵机负载模拟器可在实验条件下模拟飞行器飞行过程中舵机受到的空气动力铰链力矩,是半实物仿真的重要设备。在介绍电动负载模拟器研究进展并指出目前伺服系统研究所面临的难题的基础上,以改善系统动态频响为目标,设计基于双回路电机的加载方案并建立双回路系统的数学模型;通过系统仿真,分析系统输出力矩对指令力矩的跟踪能力,验证数学模型的准确性。结果表明:双回路方案有效地抑制了系统多余力,其工作频带在舵机扰动的情况下仍可达35 Hz,为电动负载模拟器提供了一种频带更高、匹配性更好的实现方案。     

基于极限性能要求的电液负载模拟器多刚度与非线性复合数学模型

 揭示了传统模型的建模精度是影响电液负载模拟器极限性能研究的主要问题。分析并建立了多刚度与非线性复合数学模型，引入了基于舵机安装刚度、负载刚度、力矩传感器刚度、加载马达轴刚度的多刚度模型；合成了伺服阀的流量非线性、系统的饱和与摩擦等非线性环节；并与传统线性模型进行了比对分析与仿真实验，验证了模型的精确性。结果表明复合数学模型更真实而且精确地表征了系统物理情况，为系统结构参数优化设计和控制策略研究提供了理论基础。     

基于速度同步控制的电液负载模拟器

通过理论与试验相结合的方法建立了电液力伺服控制系统的精确非线性数学模型 ,从理论上对采用传统的结构不变性原理来消除多余力的方案进行了分析 ,找出了其效果有一定局限性的机理 ,说明电液力伺服系统的非线性和频率特性对电液负载模拟器的性能有较大的影响 ,进而提出了利用舵机伺服阀的控制信号进行速度同步控制、抑制多余力矩的新方案 ,消除了系统滞后的影响 ,另外 ,由于舵机与加载马达数学模型的相似性 ,对非线性起到了一定的补偿作用。仿真和试验结果证明该方案在系统的动态品质、鲁棒性和消扰能力等方面具有相当好的效果。     

某型燃气舵机模拟器设计

分析某型燃气舵机的基本原理和起动布局,按照舵机模拟器的设计要求和设计原理进行该型舵机模拟器的电路设计。实际验证表明,设计的舵机模拟器能够真实模拟该型燃气舵机的测试、模拟、仿真,可为同类电动舵机模拟器的测试、模拟、仿真提供设计参考。     

舵面力矩负载模拟器

舵面力矩负载模拟器(以下简称负载模拟器)是一种电量机械量的转换器,其任务是在飞行器制导回路和稳定回路中进行实物(或半实物)仿真试验时,用它模拟飞行器在飞行过程中,作用在舵机输出轴上的气动铰链力矩,以研究气动力负载对控制系统工作性能的影响。     

高速运动舵机的气动伺服加载特性研究

高速运动舵机是一种高能量密度的作动器,具有瞬时、高速及高加速的特征.由于高速运动舵机应用的特殊性,必须对其进行严格的产品性能测试,尤其是其带载工况下的工作可靠性,需要通过模拟负载工况来进行测试.由于高速运动舵机的固有特征,传统电液和电动伺服加载方式将产生难以克服的多余力,基于此,提出一种气动伺服加载方案.首先,对气动加载进行了建模与仿真,验证了气动伺服加载的合理性,优化了系统参数;然后,构建了气动伺服加载实验台,进行了对高速运动舵机在不同工况下的载荷谱加载实验.经过实验验证表明,该气动伺服加载系统能够实现对高速运动舵机进行变梯度动态载荷的加载,并具有较高的精度和可重复性,对高速运动舵机的测试具有重要的意义.     

电液伺服加载的神经网络内部反馈控制

 针对电液伺服加载系统多余力问题，提出了一种反馈加载系统内部力差信号减少多余力的控制方法。为了消除液压非线性及参数变化等影响，进一步提出基于神经网络内部参考模型调节方法。该参考模型为无舵机扰动时的液压油缸负载压力方程，在加载过程中，将油缸的负载压力与参考模型输出比较，利用神经网络自适应调节能力，消除加载中舵机运动的速度和加速度干扰，同时也克服液压系统非线性，时变参数和扰动的影响，该方法有较好的适用性。     

基于改进的速度同步控制的电液负载模拟器

对地面半实物加载仿真实验中存在的"多余力"问题进行分析和研究。首先建立了电液加载系统的数学模型,提出"多余力干扰系数"的概念,并给出定义方法。利用多余力干扰系数对多余力"成分"进行定量分析,理论分析传统"速度同步控制"抑制多余力的机理以及存在的问题,并提出了改进方法。在传统"速度同步控制"的基础上,提出利用舵机和加载系统的速度差对"多余力"进行二次抑制。实验结果验证了改进方案的有效性。基于改进方法,电液负载模拟器取得了理想的动态加载效果,"多余力"抑制能力较传统的"速度同步控制"方法提高了25%以上。     

数控机床切削力负载模拟器的显式力控制算法设计

为了对数控机床进行可靠性试验,设计了一种基于3P-(4S)并联机构的负载模拟器。基于PI反馈控制的显式力控制算法,并引入了模糊控制器,提高系统对不同加载误差的适应性。在控制系统中引入了力前馈控制器,提高控制系统的动态性能,减少实际加载力的滞后。同时,由于加载目标即机床主轴的进给运动轨迹未知,因此引入了主轴位置预测前馈以进行运动补偿,减少主轴运动所带来的干扰。最后设计并实施了静态与动态负载模拟试验,验证了所提控制算法的有效性。     

基于扩展状态观测器的电动负载模拟器反演滑模控制

针对电动负载模拟器中存在的强位置扰动、摩擦、间隙非线性以及参数时变等不确定干扰,提出了一种基于扩展状态观测器的反演滑模控制策略。基于反演设计的思想,将电动负载模拟器分解为负载力矩子系统和永磁同步电机驱动子系统。对负载力矩子系统,利用带有滤波器的扩展状态观测器,消除量测噪声对系统的影响,同时估计出系统中存在的干扰,而后采用比例趋近滑模控制律,得出负载力矩子系统所对应的虚拟控制量;对永磁同步电机驱动子系统,利用常规扩展状态观测器估计出子系统中的复合扰动,采用非奇异终端滑模控制律,消除观测误差以及干扰对系统的影响,并得出系统所需的最终控制量。最后,利用李雅普诺夫方法证明了电动负载模拟器的稳定性,并通过实验验证了所提方法的有效性。     

基于降维负载转矩观测器的调速系统控制技术研究

针对高精度电动燃油调速系统在负载突变工作时燃油增压与燃油流量调节的稳定性问题,研究了前馈补偿控制策略,提出了一种基于降维负载转矩观测器的抗负载扰动控制方法。该方法实时对电动调速系统的同步电机输出转速与负载转矩进行观测,并将观测到的负载转矩补偿到同步电机交轴电流,实现闭环调速控制,从而避免了负载扰动影响系统输出转速,减小电动燃油泵对燃油的压力与流量的影响。仿真和试验结果表明,在快速加载与卸载实验条件下所提出的方法的正确性与可行性。     

A practical nonlinear robust control approach of electro-hydraulic load simulator

This paper studies a nonlinear robust control algorithm of the electro-hydraulic load simulator （EHLS）. The tracking performance of the EHLS is mainly limited by the actuator＇s motion disturbance, flow nonlinearity, and friction, etc. The developed controller is developed based on the nonlinear motion loading model. The problems of the actuator＇s disturbance and flow nonlinearity are considered. To address the friction problem, the friction model of the loading motor is identified experimentally. The friction disturbance is compensated using the obtained friction model. Therefore, this paper considers the main three factors comprehensively. The developed algorithm is easy to apply since the controller can be obtained just with one step back-stepping design. The stability of the developed algorithm is proven via Lyapunov analysis. Both co-simulation and experiments are performed to verify the effectiveness of this method.     

Sensorless synchronous reluctance drive with standstill starting

This paper presents a novel sensorless synchronous reluctance drive system. Based on the dynamic model of the synchronous reluctance motor (SRM), a new rotor position estimator is proposed. This estimator is only related to the rate change of the stator currents. It is not related to the parameters, speed, voltage, and external load of the motor. As a result, the estimator is simple and robust. Based on the proposed estimator, a sensorless synchronous reluctance drive has been implemented. This drive system can start from standstill and accelerate to a rated speed; the traditional open-loop starting method, therefore, is unnecessary. A digital signal processor, TMS-320-C30, is used to implement the estimating and control algorithms. Experimental results show that the proposed system works well. The adjustable speed range can be from 1 r/min to 1800 r/min. Moreover, by adding the position-loop controller the proposed system can perform as a position control drive as well. Several experimental results validate the theoretical analysis.     

舵机力矩负载模拟器的混合控制方法研究

 对采用电液伺服控制实现加载的力矩负载模拟器进行了深入的分析和研究。针对多余力矩和参数变化问题,建立了准确的数学模型,并提出了一种新型的复合控制策略,它包括对扰动的定常补偿、内环鲁棒ＰＩＤ和前向误差比例积分３个组成部分。采用这种混合控制律,可以大大提高加载系统的鲁棒性和跟踪性能,使多余力矩减少９９％。     

Novel sliding mode controller for synchronous motor drive

A novel sliding mode controller with an integral-operation switching surface is proposed. Furthermore, an adaptive sliding mode controller is investigated, in which a simple adaptive algorithm is utilized to estimate the bound of uncertainties. The position control for a permanent magnet (PM) synchronous servo motor drive using the proposed control strategies is illustrated. The theoretical analysis and the theorems for the proposed sliding mode controllers are described in detail. Simulation and experimental results show that the proposed controllers provide high-performance dynamic characteristics and are robust with regard to plant parameter variations and external load disturbance     

无轴承永磁同步电机悬浮子系统的LQG/LTR控制器设计

 为1台无轴承永磁同步电机设计了单输入单输出LQG/LTR控制器，并对有轻载和白噪声干扰时的悬浮性能进行了仿真研究。结果表明，空载时稳态悬浮精度在60 μm以内，且控制器具有较强的鲁棒性。为提高稳态悬浮精度，考虑到无轴承永磁同步电机X和Y2个自由度间的耦合，为同一台电机设计了双输入双输出的集中控制器。结果表明，控制精度提高到30 μm以内，悬浮性能优良。     

Design and implementation of a matrix converter PMSM drive without a shaft sensor

A novel controller design for a sensorless permanent magnet synchronous motor (PMSM) drive system, which is fed by a matrix converter is proposed. First, a rotor position estimating technique is proposed to obtain the shaft angle of the motor. Next, a two-degree-of-freedom proportional-integral (PI) controller, including a forward-loop controller and a load compensator, is proposed to improve the performance of the system. The whole drive system has satisfactory transient responses and load disturbance rejection abilities. In addition, the parameters of the PI controller are calculated by using a frequency-domain parameter optimization technique. Only simple algebraic computation is required. Finally, a 32-bit TMS320C40 digital signal processor is used to execute the sensorless technique and all of the control loops, including a current-loop and a speed-loop. Several simulated and experimental results are shown to validate the theoretical analysis.     

基于积分滑模控制的对称六相永磁同步电机调速系统研究

为了提高对称六相永磁同步电机对参数变化和负载扰动的鲁棒性,在积分滑模面的基础上,提出一种基于积分滑模控制算法的对称六相永磁同步电机调速系统。通过Lyapunov定理证明了积分滑模控制器的稳定性,并进一步分析了控制器的性能。仿真结果表明:相比于PI控制算法,所提算法具有更好的抗干扰能力和稳定性。