大流量高性能液压系统的若干关键技术研究

　　航天交会对接模拟器采用并联六自由度运动系统，飞行器质量特性、控制特性和失重环境下的动力学特性由计算机模型和伺服系统来模拟，对接机构采用真实产品^[1] ．六自由度运动系统的驱动元件在很大程度上决定了运动系统的承载能力、运动精度、快速性等性能指标，是运动系统中的关键组成部件．液压驱动方式的突出优点是抗负载的刚度大，执行器的功率一质量比大，目前几乎所有的飞行模拟器平台式运动系统都采用液压驱动方式^[2] ．用于运动模拟器的液压并联运动系统，由于液压缸行程往往较大，其液压固有频率和阻尼比均很低；同时，因其动力机构存在不确定性因素的影响(如模型结构摄动、参数时变和不可预计的外部干扰等)，对其液压伺服控制系统提出了很高的要求^[3]．本文针对航天交会对接模拟器液压并联运动系统，讨论影响其液压控制系统性能的因素以及提高其性能的几个关键技术和应用方面的研究．

　　1 液压并联运动系统性能分析

　　航天交会对接模拟器采用半物理仿真的方法实时模拟两个空间飞行器在设定对接初始条件下的对接动力学过程．

　　运动模拟器采用如图1所示的6-SPS机构(又称Stewart平台)六自由度并联机构，由6个液压伺服液压缸驱动．

　　图1 运动模拟器组成示意图

　　液压并联运动系统的性能指标主要包括静态、动态性能指标和位移、速度、加速度的量程范围以及闭环频率特性等．位移和速度决定了模拟器运动空间的大小，加速度在很大程度上决定着飞行模拟的逼真度以及模拟范围，系统的动静态特性指标主要有频率响应、阶跃响应、稳定性、稳态精度和交叉耦合影响等．因此，液压并联运动系统对其液压控制系统提出的要求是流量大并且动静态性能高．

　　液压伺服系统的频宽主要受液压动力机构的限制，即为液压固有频率ω和液压阻尼比 ξ所限．而系统的稳定性也需要用足够大的ω 和 ξ值来保证．

　　影响ω的主要因素有：① 液体的有效体积弹性模量B ， ω与 成正比；②负载质量和管道中油液的附加质量；③ 工作腔总容积V ；④ 液压缸工作面积A．