电液负载模拟器,用于实验条件下复现空气中飞行器舵面所受的力,核心部分是电液力加载系统,它依据被加载位置系统的位移变化实时对其施加要求的负载力。由于位移是主动动作,施力系统的力是被动动作,因此,力加载系统对位置系统的位移扰动会产生多余力,从而影响力加载系统输出精度和响应速度。减少多余力和增大系统频宽成为提高系统性能的首要任务,因此本文深入开展了位置扰动型电液力加载系统的理论研究和技术探讨,分别从结构补偿和控制补偿的角度提出两个策略方案,为电液伺服加载控制提供一定的理论支持和技术手段。主要工作:(1)对位置扰动型电液力加载系统的工作原理进行了描述,分析强迫流量和多余力的产生原因,整理文献[2]中的系统整体数学模型和多余力的表达式,讨论了位置扰动速度、活塞杆面积、系统的动态特性对多余力的影响。(2)从结构补偿方面,改进补偿阀的方案,把原来文献[2]中仅以输出力作为补偿阀信号的补偿方式改进为以位置扰动自身造成的强迫流量为新的补偿方式,通过方程推导出该补偿阀的控制信号,并将此控制信号运用到电液力加载模型中,改进仿真模型,并在不同工况下进行仿真。仿真软件为Matlab/Simulink软件,其仿真后的结果表明:采用新的流量补偿信号后,位置扰动型电液力加载系统能更准确快速地根据被加载对象位移给负载施加相对应的力,多余力最多可减少98.3%。在位置扰动信号为简谐信号时,改进补偿信号后的力加载系统跟踪性能更好,其跟踪速度提升了25%、幅值误差减少了51.4%。(3)为了提高系统的结构可靠性、经济性和使参数调节更简易,另提出仅用一个电液伺服阀并结合反步控制法来消除多余力的控制补偿方案,通过反步思想和Lyapunov稳定性条件反演设计出反步控制器,实现用一个电液伺服阀解决两个伺服阀的功能。在Simulink仿真软件中建立了仿真模型,并在不同工况下进行仿真。仿真结果表明:加入反步控制器的力加载系统在受到位置扰动时,力加载系统的电液伺服阀阀口反向运动,以此将强迫流量排出,减少多余力;反步控制器中,不同的反步系数k值对系统输出的影响也不一样。k值越大,响应越快,且过了初始阶段后的跟踪误差越小,但超调量也会增加。在各种工况下对分别加入反步控制器和PID控制器的力加载系统进行仿真比较,仿真结果表明:在位置扰动存在的情况下,相较于PID控制,加入反步控制器的力加载系统输出的阶跃力最多经过0.0984s就能准确跟踪阶跃力加载指令,响应速度更快;输出阶跃力最大误差不超过2.5N,稳态误差更小。输出正弦力时,最多经过0.06s的初始阶段后就能精确地跟踪加载指令,且在之后的时间一直保持着良好的跟踪性能,最大误差不超过1.93%。