P-Q閥控制電液負(fù)載模擬器及其魯棒控制研究.pdf

1、電液負(fù)載模擬器是典型的被動(dòng)式力伺服系統(tǒng)，主要用于在實(shí)驗(yàn)室條件下復(fù)現(xiàn)舵面所受各種負(fù)載，考核操舵系統(tǒng)在實(shí)際負(fù)載條件下的性能指標(biāo)和可靠性。本文研究的電液負(fù)載模擬器可以模擬飛行器飛行過程中舵面受到的空氣動(dòng)力鉸鏈力矩。為了能準(zhǔn)確，快速地復(fù)現(xiàn)空氣動(dòng)力鉸鏈力矩，要求電液負(fù)載模擬器必須具有良好的動(dòng)靜態(tài)性能。隨著航空航天和國防工業(yè)的發(fā)展，對電液負(fù)載模擬器的性能指標(biāo)要求越來越高，所以高性能電液負(fù)載模擬器的研制具有重要的理論和實(shí)踐意義。
　　在電液負(fù)載

2、模擬器中，由于舵機(jī)系統(tǒng)的主動(dòng)運(yùn)動(dòng)在加載系統(tǒng)中產(chǎn)生強(qiáng)迫流量，形成多余力。多余力的存在幾乎影響了負(fù)載模擬器的所有動(dòng)態(tài)性能，因此抑制和消除多余力是高性能電液負(fù)載模擬器研制的關(guān)鍵技術(shù)之一。除了多余力外，電液負(fù)載模擬器加載系統(tǒng)固有的各種不確定性因素也影響了加載系統(tǒng)的性能。基于經(jīng)典的控制理論設(shè)計(jì)的控制器魯棒性較差，而且對于現(xiàn)代的高性能要求也顯得很吃力?，F(xiàn)代控制理論為我們設(shè)計(jì)新型控制器提供了新的思路。本文利用混合靈敏度的∞H控制方法設(shè)計(jì)了采用P-Q伺

3、服閥控制加載系統(tǒng)的魯棒控制器。
　　本文在查閱大量國內(nèi)外資料的基礎(chǔ)上，綜述了國內(nèi)外負(fù)載模擬器的發(fā)展現(xiàn)狀，總結(jié)了相關(guān)的補(bǔ)償多余力的方法，分析了它們的優(yōu)缺點(diǎn)，確定了本文的研究內(nèi)容和方向。
　　論文建立了電液負(fù)載模擬器動(dòng)力機(jī)構(gòu)精確的數(shù)學(xué)模型，并與傳統(tǒng)的簡化模型進(jìn)行了頻率特性和消除多余力兩個(gè)方面的對比，指出了簡化模型在高性能電液負(fù)載模擬器理論分析中的局限，而精確模型更準(zhǔn)確的描述了多余力的形式和影響因素，為后面選擇抑制多余力的方案提供

4、了理論依據(jù)。為了使模型更準(zhǔn)確描述系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，還建立了電液負(fù)載模擬器的鍵合圖模型，為以后的動(dòng)態(tài)性能分析和仿真提供了理論基礎(chǔ)。
　　論文通過仿真分析了舵機(jī)系統(tǒng)的特性，分析了參數(shù)變化和干擾力對舵機(jī)系統(tǒng)的影響。分析了加載系統(tǒng)的頻率特性及參數(shù)變化對加載系統(tǒng)的影響。特別的分析了多余力的產(chǎn)生機(jī)理及其特性，以及它對加載系統(tǒng)的影響。
　　本文根據(jù)P-Q伺服閥的結(jié)構(gòu)和工作原理建立了P-Q伺服閥的鍵合圖和傳遞函數(shù)模型，并把它應(yīng)用到加載系統(tǒng)模型

5、中。通過對流量伺服閥和P-Q伺服閥控制加載系統(tǒng)時(shí)的加載實(shí)驗(yàn)曲線對比表明，P-Q伺服閥比流量伺服閥能更有效的抑制多余力，提高動(dòng)態(tài)加載精度；在舵機(jī)啟動(dòng)和換向時(shí)，P-Q伺服閥減小了瞬態(tài)多余力對加載系統(tǒng)的沖擊影響。
　　為了提高P-Q伺服閥控制加載系統(tǒng)時(shí)對給定加載力的跟蹤性能和系統(tǒng)的魯棒性，提出利用混合靈敏度的∞H控制方法設(shè)計(jì)魯棒控制器。在介紹了魯棒控制的基本理論之后，詳細(xì)的分析系統(tǒng)中不確定性因素及其對系統(tǒng)特性的影響，利用基于線性矩陣不等

6、式的算法求解出魯棒控制器。通過仿真研究，證明了魯棒控制器的魯棒性優(yōu)于采用經(jīng)典控制理論設(shè)計(jì)的控制器。另外還通過對傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)不變性原理進(jìn)行改進(jìn)，使其抑制多余力的效果得到了改善。本文設(shè)計(jì)的高響應(yīng)流量伺服閥和P-Q伺服閥雙閥并聯(lián)控制方案，利用P-Q伺服閥具有負(fù)載壓力反饋的特點(diǎn)，可以更有效的消除由于強(qiáng)迫流量產(chǎn)生的多余力，減小多余力對加載系統(tǒng)的影響。
　　本文采用快速控制原型技術(shù)進(jìn)行了控制系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)，在對機(jī)械結(jié)構(gòu)、控制電路改進(jìn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)