基于定量反馈理论的双液压马达等同式同步控制器的设计研究

　　引言

　　飞行仿真转台是对导弹和飞行器等进行半实物仿真的一种关键设备。它可以对导弹和飞行器的传感器、制导系统、控制系统以及执行机构的性能进行测试，从而为导弹和飞行器的改进和再设计提供参考依据^[1]。立式液压驱动三轴飞行仿真转台采用中框同步驱动方案，减轻了转台框架重量，缩小了液压马达结构尺寸，增加了框架组件的结构刚度，提高了转台的整体性能。但是两液压马达结构参数不一致、控制通道参数的不同以及伺服阀特性差异，都会导致双液压马达输出不同步。双液压马达输出误差会引起中框架扭转变形，同时，两马达之间还会产生位置耦合和负载耦合，降低系统固有频率和响应速度。所以针对三轴飞行仿真转台中框同步驱动控制方法和策略进行研究具有重要意义^[2]。

　　本文所研究的立式三轴飞行仿真转台中框由双液压马达同步驱动，中框架与双液压马达刚性连接，无法对单个马达的系统模型直接进行辨识。本文通过分别将其中一个马达的两个工作腔相通，让另一个马达单独驱动中框，从而对每个马达系统模型进行辨识，因此可以将辨识结果看作是双液压马达之间无机械耦合时获得的。在控制器的设计过程中，前向通道控制器的设计保证了两马达在频宽范围内的同步性能; 通过对前馈控制器的设计补偿了两液压马达的相角滞后。以此设计思想为基础，本文应用QFT 对双液压马达等同式同步控制器进行了设计研究。

　　1 双液压马达等同式同步控制数学模型

　　双液压马达同步驱动系统原理图如图1 所示^[2]。

　　当两液压马达之间无机械耦合时，双液压马达等同式同步控制框图如图2 所示。

　　在图2 中，R( s) 为输入向量，F( s) 为前置滤波器向量，E( s) 为误差向量，G( s) 为前向通道控制器矩阵，G_f( s) 为前馈控制器矩阵，U( s) 为总控制向量，P( s) 为双液压马达传递函数矩阵，θ( s) 为系统输出向量，分别对应于:

　　由图2 可知，在两液压马达同步驱动系统无机械耦合时，双液压马达等同式同步驱动控制系统闭环传递函数为:

　　其中，

　　2 双液压马达系统模型辨识

　　三轴液压飞行仿真转台中框采用双叶片摆动式马达同步驱动，由于双叶片摆动式马达转角范围有限，故本文采用闭环间接辨识方法对系统进行辨识。

　　系统辨识时，系统的输出不可避免要受到噪声的干扰，如油源压力的变化，低频段的摩擦力矩等，故本文采用功率谱辨识的方法对系统的闭环传递函数进行估计，提高了辨识结果的准确性。