Robust Control for Static Loading of Electro-hydraulic Load Simulator with Friction Compensation

Load simulator is a key test equipment for aircraft actuation systems in hardware-in-the-loop-simulation. Static loading is an essential function of the load simulator and widely used in the static/dynamic stiffness test of aircraft actuation systems. The tracking performance of the static loading is studied in this paper. Firstly, the nonlinear mathematical models of the hydraulic load simulator are derived, and the feedback linearization method is employed to construct a feed-forward controller to improve the force tracking performance. Considering the effect of the friction, a LuGre model based friction compensation is synthesized, in which the unmeasurable state is estimated by a dual state observer via a controlled learning mechanism to guarantee that the estimation is bounded. The modeling errors are attenuated by a well-designed robust controller with a control accuracy measured by a design parameter. Employing the dual state observer is to capture the different effects of the unmeasured state and hence can improve the friction compensation accuracy. The tracking performance is summarized by a derived theorem. Experimental results are also obtained to verify the high performance nature of the proposed control strategy.     

Nonlinear Adaptive Robust Force Control of Hydraulic Load Simulator

This paper deals with the high performance force control of hydraulic load simulator. Many previous works for hydraulic force control are based on their linearization equations, but hydraulic inherent nonlinear properties and uncertainties make the conventional feedback proportional-integral-derivative control not yield to high-performance requirements. In this paper, a nonlinear system model is derived and linear parameterization is made for adaptive control. Then a discontinuous projection-based nonlinear adaptive robust force controller is developed for hydraulic load simulator. The proposed controller constructs an asymptotically stable adaptive controller and adaptation laws, which can compensate for the system nonlinearities and uncertain parameters. Meanwhile a well-designed robust controller is also developed to cope with the hydraulic system uncertain nonlinearities. The controller achieves a guaranteed transient performance and final tracking accuracy in the presence of both parametric uncertainties and uncertain nonlinearities; in the absence of uncertain nonlinearities, the scheme also achieves asymptotic tracking performance. Simulation and experiment comparative results are obtained to verify the high-performance nature of the proposed control strategy and the tracking accuracy is greatly improved.     

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。     

内模I-PD控制在舵机负载模拟器中的应用

为了提高舵机负载模拟器的抗干扰性能,解决控制对象参数时变、不确定性的问题,在PID控制的基础上提出了内模I-PD控制器.计算机仿真和实际应用表明,内模I-PD控制具有较好的鲁棒性和控制品质,能够进一步抑制多余力矩对系统的干扰,且易于工程实现,具有很好的应用价值.     

电液负载模拟器的神经网络参数辨识

基于神经网络,提出一种根据参数上下界辨识系统参数的新方法。在建立电液负载模拟器模型的基础上,在待辨识参数的上下界内,使用神经网络对动态系统的参数进行辨识,找到一组参数使之满足对实际系统的最佳逼近,使系统在实际输入信号下能更好地复现实际系统的实际输出。并使用另一组实验数据检验辨识结果对实际系统的任意实际输入输出采样数据组的逼近程度。验证结果表明该辨识结果能很精确地逼近实际系统。该方法可用于一般复杂系统的实际参数辨识。     

一种电液伺服系统非线性补偿方法

分析了一类电液伺服阀的中立位非线性特征及其对电液伺服系统的影响,提出了一种非线性补偿方法。根据电液伺服阀的非线性特性,推导出补偿方法的函数并且进行计算,结合传统的PID控制获得具有非线性特征的补偿控制器。以某型电液伺服阀和液压缸组成的电液伺服系统为例,进行仿真与分析。仿真结果表明提出的方法具有较好的补偿作用,能够减少电液伺服阀非线性对电液伺服系统的影响。     

基于二次调节原理的力矩负载模拟器中压力波动的补偿

 基于静液二次调节原理的力矩负载模拟器具有能够连续高速旋转和无多余力矩的特点。在恒压网络中,二次元件的力矩输出与其斜盘倾角成正比,即：如果系统压力出现波动,也将导致输出力矩的波动。导致系统压力变化的原因可能是油源压力脉动,但更主要是负载的变化。为了研究压力波动的影响及补偿,建立了基于静液二次调节原理的力矩负载模拟器,给出了仿真参数,并在此基础之上进行了仿真研究。为了提高力矩跟踪精度,提出利用斜盘倾角传感器和系统压力传感器来进行压力补偿,可有效地将系统压力波动对于力矩输出的影响抑制到20%左右。仿真和试验验证了此补偿方法的有效性。     

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。     

Study on Friction Torque Loading with an Electro-hydraulic Load Simulator

This article, in order to precisely impose friction on aircraft and weapon actuation systems, presents a new friction loading method characteristic of “torque-zero velocity” switching control with an electro-hydraulic load simulator. As the general Stribeck friction model has little related to static friction, it proposes a “torque-zero velocity” switcher, in which a zero-velocity controller is developed to load the static friction and a torque controller the kinetic friction. With the help of mathematical modeling, this article designs a “torque-zero velocity” switching controller and, correspondingly, provides a “dual-threshold judgment” algorithm. Simulation results indicate that the proposed method can be successfully used to carry out the static and kinetic friction simulation with an electro-hydraulic load simulator.     

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。     

Adaptive Sliding Control of Six-DOF Flight Simulator Motion Platform

本文使用Newton-Euler法推导了六自由度飞行模拟器运动平台完整的线性化形式的动力学方程,并以此为基础,提出了一种在任务空间中的非线性自适应滑模控制方法。这种控制方法将系统中的不确定性分为定常不确定参数和时变不确定参数,利用非线性自适应控制对定常不确定参数进行辨识,同时结合滑模控制对时变不确定参数和外部扰动进行补偿。通过数值仿真分析表明,该控制策略能准确识别运动平台的载荷、惯量、重心等参数,同时又能有效地提高系统的鲁棒性能。     

Nonlinear Adaptive Attitude Control of Spacecraft

A model reference adaptive control law is presented for largeangle rotational maneuvers of spacecraft using reaction jets. It isassumed that the various parameters of the spacecraft arecompletely unknown, and unknown but bounded disturbancetorques are acting on the spacecraft. The controller includes adynamic system in the feedback path. Simulation results arepresented to show that fast, large angle rotational maneuvers can beperformed using the adaptive controller in spite of uncertainty inthe system.     

一类不确定非线性时滞系统的自适应控制

针对一类上界未知的不确定非线性时滞系统,采用模糊控制的方法,基于松散稳定性条件,讨论了系统的自适应H∞控制问题.首先设计出基于观测器的自适应模糊控制器,然后利用Lya-punov稳定性理论分析了系统的鲁棒稳定性,得到了利用线性矩阵不等式表示的闭环系统稳定的充分条件,观测增益矩阵和反馈增益矩阵可以通过求解线性矩阵不等式得到.最后通过一个实例验证了所给结论的有效性.     

基于滑模反演控制的稳定平台齿隙非线性补偿

针对航空遥感惯性稳定平台中齿隙非线性带来的不稳定问题,结合反演控制和滑模控制的优点,在传统反演控制的每一步迭代过程引入与齿轮运动状态相关的基于连续饱和函数的动态滑模面,设计了相应的滑模反演控制器。在保证了系统误差快速收敛的同时,抑制了反演过程中的误差积累,实现了系统非线性误差精确补偿。仿真实验结果表明,与传统反演控制相比,滑模反演控制显著降低了齿隙非线性对系统动态性能的影响,有效提高了系统对期望角位置、角速度的跟踪性能。     

电液负载模拟器多余力抑制技术研究

针对电液负载模拟器上多余力的问题,通过建立数学模型,分析影响多余力的因素,从而提出了抑制多余力的措施,并完成了仿真和实验。结果表明该方法在一定条件下可以对多余力进行抑制。     

非线性气动弹性模型参考自适应控制

 首先将含有前/后缘双控制面二元机翼的动态方程以状态空间形式描述,然后考虑俯仰方向的迟滞非线性模型存在参数不确定性的情况下,利用Lyapunov稳定性理论进行了结构化模型参考自适应控制律设计。仿真结果显示：所设计的控制律能够使开环不稳定的气动弹性系统快速地达到稳定状态。由于最大控制面偏转的存在,来流速度较高时闭环系统仍会发生颤振;根据控制面最大偏转的不同取值,文中给出了闭环临界颤振速度的变化曲线。     

Nonlinear Adaptive Control of a Synchronous Machine

A nonlinear adaptive controller for a load-commutated brushless dc machine that allows the machine to develop high torque over a wide range of operating conditions, while satisfying voltage and current constraints on both stator and field circuits, is presented. The approach taken is fundamentally different from past work in that a nonlinear control is formulated from the steady-state model of the synchronous machine. Adaptive algorithms are presented for both the unknown load and motor cases.     

超机动飞行的非线性反推自适应控制

为解决对象参数未知时的超机动飞行控制问题,设计了一种非线性反推自适应控制器。针对超机动飞行的非线性模型,适当选取Lyapunov函数和中间虚拟控制信号,同时通过自适应控制律的设计来调节未知参数并得到了最终的控制信号。仿真结果表明,即使模型参数未知,所设计的控制律也能在过失速机动条件下控制飞机跟踪指令飞行,同时保证了闭环系统的稳定性。