电液负载模拟器力矩控制伺服系统不确定性的分析研究

　　0　引言

　　电液负载模拟器属于典型的被动式电液力(力矩)伺服控制系统。在飞行器的半实物仿真测试中,它用于模拟飞行器的舵面在空中所受的空气动力铰链力矩,从而对被测试对象进行加载。作为被动式的加载系统,除了系统固有的不确定性外,电液负载模拟器两个独立系统之间的耦合作用,将对加载系统产生多余力矩的干扰作用。这种干扰作用可视为对加载系统的外干扰,具有强度大、不确定的特点。因此电液力矩伺服系统的各种不确定性导致了控制系统成为不确定系统,系统的鲁棒性较差,从而影响了系统的控制性能。

　　一般来说,电液伺服控制系统是典型的非线性不确定系统。长期以来,众多学者对该类系统在位置、速度、压力、力等液压输出信号的控制问题上进行了大量的研究工作,描述了各种关于该类系统的非线性及不确定性现象并且进行了一定的理论分析和实验研究。其中主要集中于非线性的研究。而对于系统的不确定性,通常和非线性一起描述。Njabeleke, I·A·等认为由于供油压力变动引起的模型的不确定性以及由于流体和元件特征引起的高非线性是对传统的线性反馈控制的一种挑战,特别是在那些要求在各种不同操作状况下都要求精确控制的场合[2]。Niksefat, N·等在研究工业过程的力控制时,建议在线性化模型的基础上考虑参数变动、工况变动及外干扰所造成的不确定性,并对此进行了部分参数变动的仿真研究[3]。BinYao等在研究非线性鲁棒控制的时候,提出除了固有的非线性外,液压伺服系统具有很大程度的模型不确定性。这种不确定分为两类:参数不确定性和不确定非线性[4]。段锁林等在研究电液位置伺服系统以及电液主动加载伺服系统时,认为系统参数的变化所引起的不确定性是影响整个控制系统性能的主要因素,并且就系统的不确定性而言,力控系统的不确定性表现为非匹配不确定性,而采用线性化分析方法的位置系统的不确定性表现为匹配不确定性[5,6]。蔡永强等认为在位置扰动型施力系统中,引起参数变动的主要因素:一是伺服阀的压力-流量放大系数,二是由于施力系统一般都采用差动液压缸,当差动液压缸活塞运动方向改变时,液压缸两腔的活塞有效面积不一样[7]。

　　从以上的文献论述中可以看出,非线性及不确定性对电液伺服系统性能的影响是不容置疑的,特别是在要求高精度、高的快速性及稳定性的场合。空气动力负载模拟就属于这样的场合。从长期的研究情况来看,针对电液伺服系统的不确定性,系统地进行分析和研究的较少,电液负载模拟器也是如此。更何况和一般的电液伺服系统相比,除了一般的干扰因素外,负载模拟器还存在多余力矩的干扰问题。因此,很有必要针对该系统的不确定性进行系统的分析研究。本文针对系统的不确定性,试图通过对电液负载模拟器线性系统模型的分析,详细论述了造成系统不确定性的原因。同时针对各类不确定性进行了仿真研究,以尽可能地明确不确定性对系统的影响作用,为采用相应的控制方法、提高系统性能提供理论依据。