负载变形敏感双马达同步驱动系统建模与仿真

　　引 言

　　三轴飞行仿真转台是飞机、导弹、卫星等飞行器导航与制导系统半实物仿真实验的关键设备[1-2]；双马达同步驱动方式可以减小马达结构尺寸，增加框架组件的结构刚度，提高整个框架组件的自振频率，是转台外框与中框的主要驱动形式，受到许多研究者的重视。

　　在双马达同步驱动问题的研究方面，文献[3-5]给出了较为全面的综述。付等[3-4]研究报告指出：由于两个阀控马达通道参数不一致，双液压马达同步驱 动系统有不同步现象存在；当通道参数严重不一致时，系统的整体性能(如快速性)将受到影响。为此，付等从保证系统整体性能出发，以阀控液压马达模型为基 础，将负载视作刚体，建立双马达同步驱动系统模型，采用马达输出扭矩差校正通道一致性，利用串连 PID-D 等控制策略调整系统的整体运动性能，在工程实践中取得较好应用效果。但是，对于负载变形敏感的同步驱动系统，如以中空液压马达为内框的三轴电液伺服转台中 框驱动系统[6](变形将导致中空液压马达泄漏加剧、卡死等故障)，付等建立的数学模型因将负载视作刚体而无法对负载的变形给予直观的考虑，相关控制参数 对负载变形的影响也无法直接给出。

　　本文以单弹簧双惯量负载模型代替刚性负载模型，建立可考虑负载变形的双马达同步驱动系统模型；在单角位移传感器、双压差传感器配置下，采用压差均衡控制策 略校正通道一致性，利用 PID 控制策略调整系统整体运动性能；运用数值仿真方法分析参数对负载变形、系统运动性能的影响。

　　1 双马达同步驱动系统同步指标

　　文献[3-4]在涉及同步指标的讨论时，将同步驱动系统的总体控制性能与同步指标等同起来，认为总体性能如系统的快速性等达到最优即同步指标也达到最优，这种观点对以中空液压马达为负载的中框双马达同步驱动系统是否适用有待讨论。

　　在关于同步驱动的文献中，有两种同步指标值得注意[3-4,7-9]。第一种是北航王占林教授[8]等在研究余度舵机力综合问题时提出的“纷争力”概念； 另一种指标是哈工大付永领等[3]提出的两个马达输出扭矩的差值。所谓纷争力，是指各余度通道输出力中由于通道自身干扰与所有通道干扰平均值差值引入的力 输出。纷争力指标在简化建模与推导方面具有很大优势，但会引入一定的误差，且对于负载的变形问题考虑不直观。扭矩差指标在工程上具有很强的操作性，通过应 变片测量技术就可实现，但通过扭矩差作同步指标，进而衡量马达的变形，存在一定的条件约束。

　　考虑如图 1 所示单弹簧双惯量块系统，系统动力学方程如下：