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电液负载模拟器(Electro-hydraulic load simulator)是典型的被动式力(力矩)伺服控制系统。在导弹等飞行器的半实物仿真技术中,它用来模拟飞行器舵机在空气中所受到的空气动力铰链力矩,以达到在地面检测舵机性能的目的。因此,它对于国防军事工业具有重要的意义。 在电液负载模拟器中,舵机系统的主动运动将对模拟铰链力矩的加载系统产生一种所谓多余力矩的干扰作用。这种干扰作用具有强度大、随舵机速度不同连续变化的特点,它的存在严重影响了负载模拟器的动态性能,使得加载系统难以准确、快速地复现空气动力铰链力矩。因此,负载模拟器的关键技术问题就是如何抑制和消除多余力矩。除了多余力矩外,电液负载模拟器系统固有的各种不确定性因素也严重影响了系统的综合性能。 针对多余力矩的产生机理和特性,论文一方面提出将多余力矩视为一种“补偿”的观点,通过广义连接刚度的设计,使得被视为干扰的多余力矩的微分作用“补偿”系统固有的滞后特性,从而达到很好的抑制和消除多余力矩的效果;另一方面提出将多余力矩视为一种不确定性干扰的观点,采用基于控制理论的方法设计了鲁棒控制器,使系统对多余力矩及系统不确定性具有良好的鲁棒性,从而达到抑制多余力矩、提高系统综合性能的目的。H∞ 在查阅大量国内外资料的基础上,论文综述了国内外电液负载模拟器的发展现状,总结了相关的控制方法,分析了它们的优缺点,确定了研究内容和方向。 论文建立了电液负载模拟器的数学模型,分析了多余力矩的产生机理及特性;分析了伺服阀环节和多余力矩的关系;分析了系统相关结构参数与系统控制性能、多余力矩之间的关系,从而为有效地抑制多余力矩提供了理论依据。 根据实际系统的参数,论文利用计算机仿真软件研究了系统的各项动静态特性;研究了多余力矩的频率特性;研究了伺服阀环节对多余力矩的影响作用;定量地分析了广义连接刚度、广义连接惯量等主要系统结构参数与系统控制性能、多余力矩之间关系,得出了明确的结论。 根据系统理论分析和仿真研究的结论,论文提出一种定量地确定负载模拟器广义连接刚度的方法,并依据实际系统的参数设计了最佳广义连接刚度,仿真研究证明了该连接刚度的有效性。 论文首次分析了电液负载模拟器系统存在的不确定性和造成不确定性的主要因素,系统地研究了不确定性对系统特性的影响程度,并采用混合灵敏度方法设计了鲁棒控制器。仿真研究证明了该控制器对系统不确定性具有良好的鲁棒性。 利用电液负载模拟器原理样机,论文进行了不同舵机速度、不同连接刚度下的多余力矩频率特性、系统动静态特性的实验研究;进行了最佳广义连接刚度的实验研究;进行了H∞鲁棒控制器的实验研究;进行了抑制和消除多余力矩的实验研究。实验结果表明,采用最佳广义连接刚度和H∞鲁棒控制器不仅使系统达到了技术指标要求,而且很好地抑制和消除了多余力矩。