气动负载模拟器的多余力矩分析

为了分析气动负载模拟器中多余力的形成及影响因素,介绍了气动负载模拟器的工作原理、结构框图及实验平台,推导了气动负载模拟器的数学模型,并通过实验和仿真对比模型进行了验证。采用线性化方法定性分析了影响气动负载模拟器多余力的3个因素——被动压差、惯性力矩以及摩擦力矩。采用非线性仿真定量分析了该3个因素分别对气动负载模拟器的多余力矩的影响。得出了在气动伺服加载系统中,摩擦力矩是引起系统多余力矩的重要因素。     

基于力矩前馈和舵机角度补偿的力矩控制

针对舵机刚度测试中力矩精确加载问题,设计了基于力矩前馈和舵机角度补偿的高精度、大量程力矩加载控制系统.对系统中力矩电机、力矩电机驱动器和加载弹性杆进行了建模分析.从加载目标、频宽及系统稳定性的角度,分析了弹性杆刚度对力矩加载性能的影响.针对力矩闭环控制系统的持续振荡及相位滞后问题,基于不变性原理引入了力矩前馈及舵机角度补偿的复合控制策略.实验表明该方法能有效抑制力矩的振荡及相位滞后,满足刚度测试对加载力矩的控制精度要求.     

基于力矩前馈和舵机角度补偿的力矩控制

针对舵机刚度测试中力矩精确加载问题,设计了基于力矩前馈和舵机角度补偿的高精度、大量程力矩加载控制系统.对系统中力矩电机、力矩电机驱动器和加载弹性杆进行了建模分析,从加载目标、频宽及系统稳定性的角度,分析了弹性杆刚度对力矩加载性能的影响.针对力矩闭环控制系统的持续振荡及相位滞后问题,基于不变性原理引入了力矩前馈及舵机角度补偿的复合控制策略.实验表明该方法能有效抑制力矩的振荡及相位滞后,满足刚度测试对加载力矩的控制精度要求.     

具有控制时滞的电动加载系统迭代学习复合控制

针对无人机前轮转向操纵系统中机电作动器的负载模拟需要,设计了一种用于复杂交变载荷模拟的电动加载系统。为了降低电动加载系统的控制时滞和多余力矩对系统精度的影响,提出了一种PID控制与迭代学习控制相结合的加载力矩复合控制策略。介绍了电动加载系统的主要组件并给出其数学模型,分析了电动加载系统多余力矩产生的原因,提出了系统控制延时时间的测量方法,设计了基于迭代学习控制与传统PID控制的复合控制器,分析了迭代学习控制器的收敛条件,分别通过多余力矩抑制和动态力矩加载实验验证了控制策略的有效性。与传统的反馈控制加前馈补偿方法相比,所提方法能够消除控制时滞和多余力矩对加载系统的影响,保证电动加载系统的力矩加载精度。      

电液负载模拟器摩擦参数辨识及补偿

针对摩擦干扰在电液负载模拟器控制中的影响,提出了将被试件简化为自由伸缩刚性杆的摩擦力作用模型。模型中采用能全面反应摩擦特性的LuGre模型描述摩擦力大小。LuGre的静力摩擦系数和动力摩擦系数依托两种特殊工作状态进行辨识,相应的辨识数据验证了所求系数的准确性。摩擦补偿具体实施时,利用结构不变性原理,求解出摩擦补偿控制器。在此基础上,对负载模拟器开展了位移伺服、力矩伺服、多余力等方面的摩擦力补偿实验。实验结果表明,所求解的LuGre模型及摩擦补偿控制器可以较好地消除摩擦力对负载模拟器控制的影响。     

基于舵机指令前馈的电液负载模拟器同步控制

电液负载模拟器是典型的带有强运动耦合的电液力(矩)伺服系统,克服由运动干扰造成的多余力是其控制的关键问题.针对于目前常用的同步补偿算法在消除多余力实际应用中存在的问题,提出了基于舵机指令前馈的同步补偿策略.该策略采用舵机速度指令信号和负载模拟器力矩反馈信号来实现精确的同步补偿,不需要舵机的速度信号、加速度信号以及阀控信号.同时该策略考虑了加载力矩对舵机输出速度的影响,相对于传统速度同步算法在大负载力矩跟踪下可得到更好的多余力消除效果,从而能实现更准确的速度同步补偿.针对于典型加载工况进行的仿真和实验结果表明,该策略能有效解决舵机运动扰动带来的多余力问题,进而提高动态加载精度.      

小转矩电动式负载模拟器的设计

设计了适用于小转矩范围的电动式负载模拟器,并分析了其结构和动态性能. 介绍了电动式负载模拟器的结构和工作原理,建立了电动式负载模拟器的数学模型,并对系统稳定性进行了理论分析和仿真研究.在系统中引入多重反馈和前馈,再辅以控制方法进行电机控制,收到了良好的效果.仿真数据表明,所设计的电动式负载模拟器在小转矩范围内能够达到电液负载模拟器的控制性能指标.      

改进型LuGre模型的负载模拟器摩擦补偿

分析了摩擦对电液负载模拟器跟踪性能的影响,针对传统基于LuGre模型固定参数补偿方法,综合大量摩擦实验及叶片式液压马达摩擦特性,提出了最大动静摩擦力矩可变的改进型LuGre摩擦模型,并进行了参数辨识,在此基础上根据结构不变原理,分析设计了前馈补偿器.实验结果表明:基于改进型LuGre摩擦模型的前馈补偿器有效抑制了摩擦对加载性能的影响,提高了力矩跟踪精度及消除多余力水平,也验证了改进型LuGre摩擦模型的有效性.     

机械式反操作负载模拟器优化设计与仿真

对设计的负载模拟器采用复数矢量法与虚位移原理建立其机构动力学与多余力矩数学模型.在此基础上针对传统遗传算法优化解不一致的情况,提出了基于参数灵敏度分层的遗传算法优化方法并对设计中各参数进行了优化.根据优化结果设计虚拟样机,并利用ADAMS进行多种加载信号的仿真,结果表明样机各项指标均达到设计要求,依此设计出一套可同时进行环境试验与多种负载加载的反操作负载模拟器.      

伺服机构负载模拟系统设计与动态特性分析

针对火箭发动机喷管伺服机构的负载模拟问题,采用机械的方式,设计了一种可对伺服机构的惯性负载、摩擦力矩负载、弹性力矩负载、安装刚度以及发动机喷管柔性特征进行模拟的负载模拟器,并建立了模拟器和伺服机构数学模型。仿真分析了惯性负载、弹性力矩以及喷管柔性对伺服机构负载多自由度特性的影响。通过对伺服机构扫频实验,负载模拟器中的负载在一定范围内调节,可复现伺服机构实际工作中的动态特性。说明该负载模拟器结构设计合理,从而为具有多自由度特性的火箭伺服机构的负载模拟系统设计提供参考。该系统已经得到实际应用。     

飞行控制用无刷直流电动机容错运行方式

双重绕组无刷直流电动机构成的双通道机电作动系统(EMA,Electro-Mechanical Actuator),当一个通道故障时可以采用容错运行方式.分析了电动机在双绕组工作与单绕组工作时的机械特性、铜损耗与允许转矩.对样机的机械特性试验曲线分析可知,在相同的电压条件下,两种工作方式的机械特性有相同的理想空载转速,但容错工作时因负载产生的转速降将增大1倍.在功率损耗不变的条件下,容错工作时电动机的允许电流为额定值的1.4倍,允许转矩为额定值的0.7倍,通过样机的温升试验数据充分验证了这一点.探讨了双绕组运行时的电流均衡控制方法以及容错工作采取的措施,并用仿真曲线分析了容错工作方式下的动态性能.      

高精度大力矩补偿机构仿真模型

用于高稳定度卫星载荷扰动力矩补偿的补偿机构设计原理与力矩模式反作用轮类似,但具有输出力矩大、摩擦力矩大和饱和转速低的特点,且目前无针对性的仿真模型.迫于姿态控制系统的仿真需求,根据补偿机构的结构,合理简化的驱动控制电路的设计并结合反作用轮的建模方法,给出了详细的仿真模型.     

基于LED光源的运动式太阳模拟器控制系统

为了解决编码式太阳敏感器装星后现场的功能测试,研制了一种基于LED光源的运动式太阳模拟器,为该测试提供模拟的太阳光信号和太阳光矢量信号.基于太阳模拟器组成与工作原理,对光源辐亮度和矢量运动的控制系统进行研究.根据太阳光信号要求,通过光源选取与功率计算确定LED型号和个数,并采用压控恒流源驱动技术对光源辐亮度进行线性调节.根据太阳光矢量信号要求,通过负载扭矩与功率计算选取GUS-60型超声电机,采用16位绝对式编码器对运动角度进行测量,以数字信号处理器为主要器件对电机进行闭环反馈控制.测试结果表明,光源控制系统能够实现辐亮度在0～527.4W·m-2内线性可调,矢量运动装置在-15°～40°内的运动角度控制精度优于±0.01°,满足编码式太阳敏感器的测试要求.