[發明專利]直線舵機電動加載系統的動態控制方法

有效

• 申請號: 201710470666.7
• 申請日: 2017-06-20
• 公開（公告）號: CN107203184B
• 公開（公告）日: 2019-04-16
• 發明（設計）人: 范元勛;徐志偉
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G05B19/408
• 分類號: G05B19/408
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 馬魯晉

本發明公開了一種直線舵機電動加載系統的動態控制方法，首先對伺服加載電機建模，構建轉矩平衡方程并構建直線舵機機理模型；之后建立滾珠絲杠副運動模型；接著分析電動加載系統的傳遞函數，并設計基于電流內環、位置外環及力外環的三閉環控制方法，同時在電流內環應用復矢量PI控制以使伺服加載電機電流準確快速地跟蹤指令信號；最后對角速度進行前饋補償；對控制方法進行驗證。本發明的方法以永磁同步電機驅動的電動加載系統為具體對象，同時考慮直線舵機特性的影響，有效地考慮了直線舵機與電動加載系統的耦合程度，并抑制了直線舵機主動位移的主動力，提高了直線加載系統的加載精度；并提出了驗證方法，使得直線負載模擬器可評價性更強。

技術領域

本發明屬于控制裝置技術領域，特別是一種直線舵機電動加載系統的動態控制方法。

背景技術

在國防、航空航天領域及其他方面的科學研究和工業生產中，通常要求對產品性能進行測試以保證所設計產品的性能。而電動舵機是航空航天領域經典的執行器件，對飛行器的正常飛行和機動控制具有重要意義，是一種重要的飛行控制伺服元件，直線舵機作為一種新型功率電傳作動器，具有廣泛的應用前景，除可用于飛控系統外，還可用于飛行器上其他需要進行作動的場合。在早期的直線舵機研制過程中，對直線舵機性能的測試往往需要多次進行具有自破壞性的全實物現場試驗，這樣不得不浪費大量的財力、物力、人力，造成高額的研制費用，而且由于現場試驗數量和質量的限制，難以得到準確和完整的實驗數據及規律，造成研制周期的加長。

為了保證直線舵機的研發質量，并提高其效率，需要使用負載模擬器復現直線舵機在實際應用條件下所受到的力和力矩，考察其在接近實際條件下的工作情況，以保證直線舵機的質量。機電作動器通用加載系統與傳統的電液驅動裝置相比，具有體積小、結構簡單、成本較低等特點，且在試驗過程中響應速度快，易于控制，所以非常適合對直線舵機進行加載試驗，為其施加所需的各種形式的載荷；而這一加載系統主要包括加載臺和軟件部分，加載臺是與待測直線舵機直接相連的部分，對直線舵機施加力和力矩，故加載臺的結構設計是十分重要的，同時加載臺的適用范圍和使用的方便性制約著直線舵機的試驗工作；因此，為提高對直線舵機的加載精度，有必要研究直線舵機電動加載系統的動態控制方法。

但是目前國內外負載模擬器的研究主要集中在旋轉對旋轉的扭矩式加載系統，即力矩式負載模擬器的加載測試對象為扭轉式電動舵機，其輸出為力矩；而直線負載模擬器的加載測試對象為直線舵機或直線閥，其輸出為直線力或直線位移。負載模擬器根據負載動力來源的不同，分為機械式、電液式、氣動式和電動式四種。目前，直線加載多采用擺桿式、機械式或彈性桿的方式，這些直線加載方式并不能滿足負載模擬器自動化、智能化的要求，其控制方法也意義甚微。較大力矩加載的應用中，主要研究的是以液壓馬達或作動筒為執行機構的電液式伺服加載系統，文件1(CN106055753A)公開了一種電液負載模擬器多余力的舵機指令動態補償控制方法，這種加載方式存在著漏油、維護不便、對油污敏感且經常性發生故障等缺點，另外大慣性以及密封摩擦等非線性因素也很大程度上影響了加載精度，而且從控制方法上看，由于承載系統的主動運動和較大的連接剛度對加載系統造成強位置干擾，導致加載液壓馬達兩腔產生強迫換流，換流產生強迫壓力，這是引起電液式被動式力矩伺服系統多余力矩的主要原因，多余力矩往往很大，嚴重影響加載精度，而且電液系統存在伺服閥死區、壓力波動等干擾因素及系統參數易受環境溫度和工作溫度變化的影響，而成為非線性和時變因素很強的系統。因此，由于非線性和時變性因素對電液負載模擬器的模型系數精確性的影響，導致電液負載模擬器控制器設計的難度和復雜程度加大；

文件2(CN106527150A)公開了一種氣動伺服加載系統的非線性復合控制方法，但是，由于氣體本身的低剛度、弱阻尼及氣動系統參數不確定性等特征制約了氣動伺服控制技術的進一步研究及應用，其控制方法意義甚微；

文件3(CN102141484A)公開了一種多功能便攜式電動伺服控制加載裝置及其加載方法，其加載模式僅為力控制或位移控制下的靜力加載或循環加載，即只能實現“主動式加載”，相當于靜態加載，沒有多余力等干擾因素，但不能實現針對直線舵機的“被動式加載”；