[发明专利]一种流量压力分腔协调控制负载模拟方法

说明书

本发明属于仿真技术领域，具体为一种流量压力分腔协调控制负载模拟方法。本系统对进出口独立控制加载装置流量和压力进行分腔控制，首先利用速度指令计算单元生成同步速度指令，再利用速度传感器反馈信号、载荷谱指令，由速度伺服控制单元生成运动控制信号，调节进入（或流出）加载作动器的流量，解耦舵机运动干扰，基于载荷谱指令和加载传感器反馈信号，由加载伺服控制器生成加载控制信号，控制加载作动器另外一个容腔的压力，通过对加载系统流量、压力状态的分腔协调控制，实现高性能的负载模拟功能。本发明实现了加载系统流量和压力状态的分腔协调控制，可有效解决半实物仿真领域存在的多余力干扰问题，具有模拟精度高和便于工程实施的特点。

技术领域

本发明属于仿真技术领域，具体为一种流量压力分腔协调控制负载模拟方法。

背景技术

飞机或舰船在高速航行过程或是改变原有航向时，其舵机系统要承受来自空气或水的反作用力，为了测试舵机系统带载特性以及可靠性，需要在研发过程中对其进行一系列的半实物仿真加载实验，该类实验的主要意义是在实验室环境下,复现舵机系统在真实工况下承受的负载，而负载模拟系统的作用正是产生负载力（矩）对舵机系统进行加载。负载模拟器可以用来测试舵机系统的带载特性、考核其机械结构强度、评测整个控制系统的性能，负载模拟系统在航空、航天及武器研发领域有着广泛的应用需求。

半实物加载仿真实验原理如图1所示，实验系统包括负载模拟系统14和被加载舵机系统15，负载模拟系统14和舵机系统15通过载荷传感器3连接，舵机控制器20基于舵机位置指令和舵机速度反馈信号生成控制信号控制舵机阀19，实现对舵机作动器16的运动控制；加载控制器6根据载荷谱指令和载荷反馈信号，基于相应的控制算法生成控制量，通过加载阀21控制加载作动器1的力输出。舵机作动器16跟踪舵机位置指令运动，而加载作动器1需要在舵机的运动过程中，跟踪载荷谱指令对舵机进行加载，从半实物加载仿真实验的流程可见，负载模拟器是典型的运动加载系统。

舵机的主动运动对负载模拟系统的载荷谱跟踪控制造成了剧烈干扰，国内学者习惯将由舵机运动导致的加载跟踪误差称为多余力问题，舵机运动干扰是导致载荷模拟不准确的关键干扰因素，是制约高精度负载模拟实验的核心技术难题。

目前负载模拟实验主要通过电液加载装置实现，为了抑制舵机的运动干扰，实现高精度的负载模拟功能，人们采取了一系列技术措施。例如，利用舵机速度信号进行前馈补偿方法，该方法的主要问题是存在补偿滞后问题，且多余力抑制效果受舵机自身运动频率的影响。专利CN1216328C提出利用舵机伺服阀的控制信号替代舵机速度，意在解决舵机速度前馈方案存在的补偿滞后问题，但这类方法仅适用于液压阀控舵机使用，此外基于该方法的加载性能对补偿控制器参数和舵机运动频率非常敏感。专利CN104564915A提出了一种基于泵阀复合的双自由度电液负载模拟控制方法，该方法提出在传统阀控加载方案的基础上增设一套泵控闭环子系统，通过阀和泵的复合控制实现运动加载功能，该方案的主要问题是加载系统结构复杂，实施成本较高。

通过对电液负载模拟器相关文献的分析，目前的电液负载模拟技术存在以下三个方面的问题：（1）图1所示的传统加载方案中加载阀“身兼二职”，既要负责舵机的运动干扰的抑制，又要负责载荷谱指令的跟踪，由于加载系统的流量和压力状态的相互耦合，导致基于传统阀控加载方案载荷谱跟踪误差大、负载模拟精度不高；（2）专利CN104564915A提出的负载模拟方案结构复杂，实施成本较高；（3）目前的负载模拟方案未能充分利用舵机的主动运动实现变阻尼加载，因此亟需一种结构简单、便于实施的负载模拟方法。

发明内容

本发明的目的是解决传统负载模拟技术存在的多余力干扰大、节流损耗大、能量利用效率低、不能满足高动态负载模拟需求等技术问题，提供一种实施方便、兼顾加载系统动态响应特性以及能量利用效率的一种流量压力分腔协调控制负载模拟方法。