飞控铁鸟台电液伺服加载系统的设计分析

　　引言

　　电液伺服加载系统的研究得到了国际上控制仿真领域众多学者的重视,通过先进的控制技术获得高性能的电液伺服加载系统一直是飞行器半实物仿真技术发展研究的前沿课题,世界上许多国家对此展开了深入的研究,并先后研制出可供使用的电液伺服加载系统。这些研究均采用了数字控制技术实现复杂的控制策略,所采用控制策略的特点主要是具有速度前馈控制,还研究了解藕控制和模型参考自适应控制等。

　　飞控铁鸟台电液伺服加载系统用以模拟飞机舵面气动力载荷,它在飞控系统舵回路试验、飞控系统闭环试验等试验项目中,为飞控作动器提供真实的模拟工作环境,使试验结果更为可信,是飞控系统物理试验环境中不可缺少的组成部分。

　　飞控铁鸟台加载系统采用全数字、分布式、多模态综合控制技术。加载计算机控制系统实时采集飞机仿真系统由飞机运动参数(如飞行高度、空速、舵偏角等)解算出的舵面气动载荷力,作为力控制指令信号,同时实时采集位移和加载力反馈信号作为控制补偿参数,经过加载计算机控制系统综合及控制律解算,再经伺服放大后向电液伺服阀发出指令,控制加载作动器的实时力跟踪,同时跟随铁鸟台飞机舵面运动,从而完成模拟飞机舵面所受到的气动铰链力矩。

　　1　飞控铁鸟台电液伺服加载系统的关键技术及应对措施

　　在被动式加载系统中,力控制跟踪精度、抑制多余力是系统设计的关键技术,在加载系统中由于受力对象的运动而引起系统“干扰”是一种强干扰即称之为“多余力”,是影响加载系统动态性能的关键因素,如不能有效消除“多余力”,就无法完成力控制跟踪,加之系统中液压元器件和介质等的一些非线性因素,因此要解决好加载系统力跟踪和抑制多余力问题是复杂和困难的,在系统中必须采用行之有效的控制策略和补偿措施,才能获得较满意的系统动态性能和加载效果。

　　1. 1　取被加载对象位移作为扰动构造补偿

　　通过建立与被加载对象的位置及运动速度有关多余力的数学模型并进行分析,可以知道多余力是与被加载对象的运动速度有关,因此在设计控制系统中,直接取被加载作动筒的位移信号作为系统扰动量来设计前馈补偿。

　　1. 2　前馈补偿和PI调节

　　在控制系统中利用结构不变性原理和PI调节削减多余力,提高系统跟踪精度,见图1。

　　图中,为按结构不变性原理构造的前馈补偿;

　　为主通道中的PI调节。

　　1. 3　设计数字补偿器削减多余力

　　结构不变性原理是通常采用的克服多余力的一种补偿措施,这种方法具有结构简单、信号传递快、调节方便、成本低等优点;但由于模型误差、伺服阀的动态特性、传感器信号噪声、非线性及参数结构变化的影响,该方法尽管有效,但还不甚令人满意。随着计算机和控制应用技术的发展,探索更有效消除多余力方法的研究也在不断深入发展。