双阀控制电液被动施力系统的研究

　　0 前言

　　被动式施力系统[1](又称负载模拟器)是一地面半实物仿真设备,用于对目标物体施加各种负载谱,以模拟其在运行过程中所受各种动力力矩负载(又称加载),从而检测目标物体驱动系统的技术性能指标[2]。使用被动式施力系统可将自破坏的全实物实验转化为在实验室条件下的半实物的预测性实验,以达到缩短研制周期、节约研制经费、提高可靠性和成功率的目的。

　　被动式施力系统和被施力系统是一个强耦合系统,其加载系统受被施力系统的强位置干扰,因此产生较大的多余力矩[3],严重影响加载系统的动静态品质。目前国内外对被动式施力系统的研究主要集中在解决多余力矩上,在控制策略上提出了复合式控制、鲁棒控制、神经元控制、速度同步补偿及QFT[4~9]等各种方法,对多余力矩的抑制及提高加载性能起到了一定的作用。随着对施力加载精度的进一步提高,只凭借控制方法很难达到理想效果。针对电液被动施力系统多余力矩形成特点,本文提出通过双电液伺服阀并联控制,实现使强位置扰动型电液施力伺服系统转变为等效完全无扰动型施力伺服系统。

　　1 被动式施力系统的工作原理

　　图1是被动式电液施力伺服系统的原理图,由图可知此系统由液压马达、电液伺服阀、控制器、扭矩传感器、位置传感器等部分组成。其中左侧是被施力系统,右侧是施力系统。其工作原理如下:被施力系统和施力系统分别是角位移伺服系统和力矩伺服系统;角位移伺服系统的输出经等效连接弹性负载6和等效连接惯性负载5传递到力矩伺服系统;期望力矩伺服系统在角位移伺服系统的扰动下能够跟踪所设定的力矩信号。力矩伺服系统的力矩设定通过角位移伺服系统角位移乘以加载梯度[2]得到。

　　2 双伺服阀控制原理

　　目前被动式施力系统一般采用单伺服阀控制,这对伺服阀的性能要求很高,一般要求伺服阀工作在理想情况下才可以满足系统性能要求,实际工作中这种理想情况很难达到。这就引导我们去思考能否通过一定手段使伺服阀工作在理想状态,使用双伺服阀控制正是基于这种思想产生的。

　　2.1 单阀控制分析

　　由伺服阀节流公式(4)、流量连续性方程(5)、力矩平衡方程(6)及输出力矩方程(7)并忽略Bcj与Jj可得单阀控制的系统方框图如图2所示。

　　伺服阀受一个强流量干扰,尤其在启动和换向时干扰更加明显,由框图可得这部分干扰流量为:

　　式中 Q_d—被施力系统运动引起的强迫流量

　　T_L—施力系统输出力矩