泵阀复合双自由度电液运动加载控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于仿真技术领域，具体设及一种用于半实物仿真实验的累阀复合双自由 度电液运动加载控制方法。
【背景技术】
[0002] 战斗机在飞行过程W及姿态调节过程中，驼面要承受巨大的空气阻力，在战机驼 机系统研制阶段需要对驼机系统进行模拟加载实验，特别是需要在驼机动作过程中对其进 行加载。电液负载模拟器作为实物仿真实验的关键设备之一，其主要功能是对驼机进行加 载，在实验室条件下模拟驼机系统的真实工况，W此考核驼机的带载性能、结构强度W及飞 控算法的鲁椿性等。
[0003] 驼机系统半实物加载仿真实验原理如图1所示，实验系统主要由电液伺服加载系 统30和驼机系统29两部分构成，驼机惯量模拟块9用于模拟驼机负载惯量，加载作动器3 通过力传感器4与驼机惯量模拟块9相连，驼机控制器7接受驼机位置指令及由位移传感 器5反馈回的驼机位移信号，并基于相应的控制算法生成控制信号驱动驼机阀8,实现对驼 机作动器6的位置控制；加载控制器2根据力指令及力传感器4反馈的力信号，基于相应的 力控算法生成控制量控制加载阀1，实现对加载作动器3输出力的控制。驼机作动器6跟踪 位置指令运动，而电液负载模拟系统则要在驼机的运动过程中对其完成加载任务，因此电 液负载模拟器是典型的运动加载系统。
[0004] 驼机运动势必会对电液负载模拟器的加载精度造成干扰，国内学者习惯将由驼机 运动干扰造成的加载误差称为多余力问题。多余力干扰是制约电液负载模拟器性能的核屯、 问题，是实现高精度半实物加载仿真的关键技术问题。
[0005] 为了抑制多余力干扰，提高电液负载模拟器的加载精度，目前普遍的做法是针对 阀控加载系统的研究。例如，利用驼机速度信号进馈补偿，国内外很多电液负载模拟器都采 用了该种办法，但该种方法存在补偿滞后的问题，且多余力抑制的效果受驼机运动频率的 影响，有一定的局限性。专利CN1216328C提出利用驼机伺服阀的控制信号代替驼机速度， 意在解决驼机速度前馈补偿方案存在的补偿滞后问题，但是该种方法仅适用于液压阀控驼 机，对电动驼机无法应用，且该种方法的效果对补偿控制器的结构W及参数非常敏感。通过 对电液负载模拟器相关研究文献的分析，现存的电液负载模拟技术存在=方面的问题；（1) 加载阀1"身兼二职"，既要负责加载系统的运动控制，又要实现对加载指令的跟踪任务。传 统电液负载模拟系统的加载阀1既要实现对加载系统负载流量的控制又要实现对压力的 控制，由于通过加载阀1的流量与负载压力互相禪合，导致加载误差大、控制性能不理想； (2)绝大多数的电液负载模拟器都单纯的基于阀控节流原理，对于驼机运动速度快而加载 指令较小的场合，传统的加载方案存在节流损失大、系统发热严重、系统能量利用效率低等 问题；（3)电液负载模拟器大多采用对称作动器（如双出杆对称缸、液压摆动马达等），和同 规格的差动缸对比，对称缸的可用行程短、出力小且成本高。
【发明内容】
[0006] 本发明针对上述电液负载模拟技术存在的问题和不足，为了有效解决半实物仿真 实验中驼机运动带来的多余力干扰问题，提高半实物加载仿真实验精度，解决传统电液负 载模拟系统的发热技术问题，提高加载系统的能量利用效率，提供一种结构紧凑、低节流损 失、能量利用效率高的累阀复合双自由度电液运动加载控制方法。
[0007] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
[000引累阀复合双自由度电液运动加载控制方法，其对累阀复合双自由度电液运动加载 系统进行加载控制，所述累阀复合双自由度电液运动加载系统由速度伺服子系统和压力伺 服子系统构成，速度伺服子系统包括电机、电机驱动器、液压累、蓄能器、第I液控单向阀、 第II液控单向阀、第I安全阀、第II安全阀、加载作动器、转速传感器、速度传感器、速度指 令规划器及速度伺服控制器；压力伺服子系统包括加载伺服阀、液压动力源、油箱、加载作 动器、加载传感器及加载控制器。累阀复合双自由度电液运动加载控制方法通过速度指令 规划器对速度伺服子系统和压力伺服子系统的独立协调控制实现对加载作动器速度和输 出力的双自由度伺服控制；1)速度指令规划器生成参考指令；速度指令规划器将加载指令 做微分运算的结果除W加载传感器的刚度参数，并与被加载对象的运动速度求和得到速度 子系统的参考指令；2)速度控制器控制电机的转速：速度控制器根据速度指令规划器生成 的速度参考指令控制电机的转速；3)加载作动器的压力控制；通过调节加载阀的阀巧位 移，实现对加载作动器的A腔和B腔压力的控制，进而实现对加载作动器输出力的控制，使 之等于加载指令。
[0009] 速度伺服子系统和压力伺服子系统中的加载作动器是单出杆液压缸、双出杆液压 缸或液压马达。
[0010] 速度伺服子系统中的液压累是通用对称型液压累或=油口非对称液压累。
[0011] 本发明与【背景技术】相比，具有W下优点：
[0012] (1)可有效解决驼机运动引起的多余力干扰问题。对电液负载模拟器而言，多余力 问题的根源在于通过加载阀的负载流量与负载压力相互禪合干扰，本发明专口设计一个流 量（速度）伺服子系统，用于消除驼机运动引起的强迫流量，解决了传统加载方案存在的问 题，可从物理上解禪驼机的运动干扰，改善电液加载系统的伺服性能。
[0013] (2)所提控制方法可有效解决速度伺服子系统及力伺服子系统二者之间的协调控 制问题。
[0014] (3)系统能量利用效率较高。传统的电液加载系统存在很大的节流损失，系统能量 利用效率较低，特别是在高速、小载荷模拟场合，加载阀的通流量大且加载阀承载了累源压 力的大部分压降，系统发热严重。实际上，电液加载本身所需的流量是很小的，加载系统绝 大部分流量都是用于解禪驼机的运动干扰，本发明采用直接累控技术按需为加载系统提供 流量，极大地降低了加载阀上的节流损耗，显著提高系统的能量利用效率。
[0015] (4)方案实施灵活。本发明通过累转速的调节实现加载系统的速度控制，采用加载 阀实现加载输出力的控制，如果加载作动器是对称缸或马达，将非对称累10改为普通累， 同样可W实现速度和力的双自由度控制。
[0016] (5)系统结构紧凑、成本低。可使用差动缸作为加载作动器，和同规格的对称缸相 比，具有工作行程大、成本低、结构紧凑的特点；依据差动缸活塞面积比匹配设计的非对称 累，可自动平衡差动缸两个运动方向上的不对称流量，系统结构紧凑。
【附图说明】
[0017] 图1是电液负载模拟器工作原理图；
[001引图2是本发明累阀复合双自由度电液运动加载系统结构示意图。
[0019] 图中，1-加载阀，2-加载控制器，3-加载作动器，4-力传感器，5-位移传感器， 6-驼机作动器，7-驼机控制器，8-驼机阀，9-驼机惯量模拟块，10-非对称累，11-蓄能器， 12-第I液控单项阀，13-第I安全阀，14-加载作动器，15-速度传感器，16-力传感器， 17-加载控制器，18-油箱，19-液压动力源，20-加载控制阀，21-第II安全阀，22-第II液控 单向阀，23-转速传感器，24-电机驱动器，25-速度控制器，26-伺服电机，27-速度指令规划 器，28-速度伺服子系统，29-被加载驼机系统，30-电液伺服加载系统。
【具体实施方式】
[0020] 下面结合附图对本发明做进一步说明。
[0021] 本发明的创新在于，基于职能分工的思想对电液负载模拟器的运动加载任务进行 分解：目标一是跟踪驼机速度同步运动，解禪驼机主动运动造成的干扰，目标二是实现对加 载指令的跟踪任务。针对目标一，采用基于转速调节的累控速度伺服子系统实现，针对任务 二，采用使用独立压力源的阀控压力伺服子系统实现，通过对速度伺服子系统和压力伺服 子系统的独立协调控制，实现电液负载模拟器速度和输出力的双自由度控制。本发明不仅 可从物理上解禪了驼机的运动干扰，显著改善电液负载模拟器的加载精度，而且可有效解 决传统加载系统存在的发热W及能量利用效率低等问题。
[0022] 如图2所示，当被加载对象是驼机系统时，所述速度伺服子系统是由伺服电机26、 电机驱动器24、非对称累10、蓄能器11、第I液控单向阀12、第II液控单向阀22、第I安全 阀13、第II安全阀21、加载作动器14、转速传感器23、速度传感器15、速度指令规划器27及 速度控制器25构成，其中，非对称累10具有Pa、Pc和P tS个工作油口，非对称累10的P A油 口通过管路与加载作动器14的A腔相连，非对称累10的Pe油口通过管路与加载作动器14 的B腔