电液伺服加载力差信号前馈控制

　　被动加载实质问题是多余力，解决多余力问题的核心是如何有效对消位置系统干扰。文献^[1] 认为采用传统结构不变性原理，但很难将多余力全部消除; 文献[2] 讨论了同步系统，即构造一位置系统，带动加载系统和舵机同步运动，消除多余力; 文献^{[3 -4]}提出用舵机伺服阀信号前馈消扰。这些方法^{[2 -5]}一般可对消位置系统干扰中的速度项，但要对消位置干扰的加速度等项则比较困难。从物理意义上讲，需要比速度信号更加能提前反映位置变化的信号前馈，去消除干扰。由于在实际中对速度信号进行微分会引入噪声和误差，使进一步减小多余力遇到困难。如果用位置系统输出的加速度信号进行前馈，则会及早地反映位置信号的变化趋势，从而使补偿作用和干扰作用同步抵消。实际中舵机运动的加速度信号是很难得到的，但产生加速度的力信号可以测量出来，这一力信号是舵机的液压油缸负载力与加载力之差，所以称作力差信号，用该力差信号代替舵机加速度信号进行前馈控制。依据这一思路，提出和研究电液伺服加载中测试前馈舵机的力差信号消除多余力。

　　1 模型方程

　　加载系统线性化后的伺服阀流量方程为

式中: K_q为伺服阀流量增益，q_v为负载流量，K_c为流量-压力系数，x_v为伺服阀阀芯位移，p_L为负载压降。

　　液压缸流量连续方程及加载力平衡方程为:

式中: A 为活塞有效截面积，V_t为加载控制腔体容积，y 为加载作动筒活塞位移量，K_e为等效容积弹性模数，L_c为加载作动筒总泄漏系数，F 为加载力，m为加载系统运动部分等效质量。

　　力传感器方程及伺服阀放大器方程为

式中: K_t为综合刚度系数，x 为位置系统输出位移扰动，u 为伺服阀输入电压，K_a为放大器增益。

　　舵机位置系统伺服阀流量方程、液压缸流量连续方程及力平衡方程分别为

式中符号意义与加载系统相同，下标1 表示舵机系统。

　　由上述加载系统和舵机系统方程得到加载控制原理方框图如图1 所示。图中舵机系统回路中，系统的给定值为x_r，系统输出为x; 加载系统回路中，系统的给定值为F_r，系统输出为F。

　　2 力差前馈控制

　　图1 中的K( s) 为前馈通道，前馈信号为( p_L1A₁-F) ，来消除舵机运动叠加到加载系统的干扰。由方程( 1) — ( 5) ，得加载系统传递函数: