负载模拟器的综合评价体系研究

负载模拟器的综合评价体系研究作者：王晓东， 尚耀星， 焦宗夏作者单位：北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院,北京,1000831.学位论文杨小勇舵机负载模拟器应用研究2006电液伺服加载系统是模拟飞行器在飞行过程中舵面所受空气动力矩的加载装置，其功能是在实验室条件下复现飞行器舵面所承受的各种气动载荷。

作为地面半实物仿真的主要设备，高性能的电液伺服加载设备为新型导弹等飞行器的设计、应用提供性能实验数据，为新技术的推广提供可靠的试验资料。

由于是一个典型的力伺服系统，而且在仿真实验过程中需要模拟各种气动载荷的变化情况，电液伺服加载系统是一个相当复杂的机一电一液复合系统。

从控制的角度，它又是一个强耦合、时变受控对象。

关于电液伺服加载系统的研究涉及到系统动力学、液压传动、控制理论和计算机控制技术等多学科的综合内容。

电液伺服加载系统的研究得到了国内外仿真和控制领域众多学者的重视，并且一直是液压控制领域的一个前沿课题。

舵机负载模拟器是半实物仿真实验室中模拟导弹等飞行器在飞行中舵面所受空气动力载荷的重要设备，它是飞行器大回路半实物仿真系统的重要组成部分。

本文主要针对某型号舵机负载模拟器的需求，重点介绍了该舵机负载模拟器的详细设计，利用该舵机负载模拟器进行了某型号半实物仿真，并对半实物仿真结果进行了详细的分析，说明了该舵机负载模拟器在某重点型号研制中的实际应用效果。

2.学位论文华清电液负载模拟器关键技术的研究2001电液负载模拟器的功能是在地面实验室条件下模拟飞行器控制舵面在飞行器飞行过程中受到的空气动力铰链力矩,完成对舵机系统性能的检测.该文研究的气动负载模拟器和飞行姿态模拟器、目标模拟器等一样,都是飞行控制系统半实物仿真中的重要实验设备.飞控系统半实物仿真具有可控制性和可重复性,用于在飞行测试之前检测和发现设计中的问题,替代破坏性的实物测试,从而大大节省研制经费和风险、缩短研制周期.随着控制技术和制造工艺水平的进步以及国防军事工业的迫切需要,飞行器的飞行速度和机动性能得到大幅度提高,同时也对负载模拟器的性能提出了更高的要求,研制符合这一要求的高性能负载模拟器已成为当务之急.负载模拟器作为典型的位置扰动式力(矩)伺服系统已经经过了几十年的发展历程,在动力执行机构的设计和机械结构方面已经比较成熟,但其中一些理论问题的研究还不完善,传统基于线性理论的控制方案对于现代的高性能要求也已经显得很吃力了.现代控制理论特别是智能控制为我们设计新型控制器提供了新的思路,DSP技术和网络技术的飞速发展也带来了新的解决方案.3.会议论文国文杰负载模拟器在型号半实物仿真中的应用2001从应用的角度论述了负载模拟器的结构和主要性能指标,文中配以图形对负载模拟器的工作过程进行了详细的说明,并提出了今后的工作方向.4.学位论文王晓东基于二次调节原理的电液加载系统研究2003电液负载模拟器是飞机、导弹等飞行控制系统或其他控制系统半实物仿真中的重要实验设备,其作用是模拟飞行器控制舵面在飞行过程中所受的气动力矩或其他负载力矩.飞控系统半实物仿真具有可控制性和可重复性,用于在飞行测试之前检测和发现设计中的问题,替代破坏性的实物测试,从而大大节省研制经费和风险、缩短研制周期.随着国防军事工业发展的迫切需要和技术的不断进步,飞行器的飞行速度和机动性能得到大幅度提高,同时也对负载模拟器的性能提出了更高的要求,研制符合这一要求的高性能负载模拟器已成为当务之急.负载模拟器作为典型的位置扰动型力(矩)伺服系统已经经过了几十年的发展历程,传统的负载模拟器在实现较好的控制效果的同时,也面临着一些问题,例如多余力矩、耗能大等等.为解决这个问题,特提出采用静液传动二次调节原理实现运动加载的方案.静液传动二次调节液压系统具有四象限工作的能力,节能、并且能量可以回收.二次调节负载模拟器在控制中不存在多余力矩的问题,位置扰动只会直接影响系统流量和产生一定的磨擦干扰,泵源系统的恒压调节能力决定了这种流量变化对系统工作压力影响程度.尽管具有很多优点,但是要把二次调节原理真正应用在负载模拟器中,还需要解决磨擦力、油源压力波动影响、非线性和时变参数等问题,论文全面分析了二次调节原理应用在负载模拟器中的技术可行性,建立了系统的数学模型,分析了系统的主要问题,并针对这些问题提出了解决方案,设计并实现了固定模型补偿的复合控制器,模糊控制器和模糊神经网络控制器,得到了仿真和试验的验证.5.学位论文马玲玲提高电动负载模拟器性能的研究2009负载模拟器是地面半实物仿真系统中的一种重要专用设备，用来模拟飞行器舵机在飞行过程中所受空气动力载荷。

论文以电动式负载模拟器为研究对象，提出一种有效提高控制系统性能的方法。

本文分析了电动负载模拟器的主要技术问题、基本工作原理和系统构成。

采用机理建模方法建立了系统的数学模型，并用实验的方法验证了这个数学模型的准确性。

在数学模型的基础上，分析了电动负载模拟器的静态特性和多余力矩产生的机理以及影响多余力矩大小的因素。

论文采用线性PID控制器以提高系统的频宽及跟踪精度，采用结构不变性前馈补偿方案来消除多余力矩干扰。

通过仿真分析可以看出，此控制策略可以提高系统的响应速度，增强系统的跟踪精度。

但由于电动负载模拟器的摩擦力矩等非线性因素难以在数学模型和控制策略中得到反映。

因此，论文提出了将经典控制理论与神经网络结合起来的复合控制策略，以克服线性PID控制方法的缺陷。

通过仿真分析可以看出，比单纯的采用经典PID控制器，有了明显改善，基本消除多余力矩，系统动态性能得到进一步改善。

本文设计了电动负载模拟器实验台，采用阶跃信号作为典型加载信号对实际系统进行了动态性能测试，测试结果验证了控制算法的有效性。

6.会议论文肖卫国现代谱分析在半实物仿真设备研制中的应用2001本文在论述有关谱分析理论的基础上,应用现代谱分析的方法对某型号半实物仿真用转台及负载模拟器的常用指令信号进行谱分析,进而在此基础上提出转台及负载模拟器的关键技术指标——动态频响.7.学位论文李宝全结合组合导航的某型空地导弹半实物仿真系统的工程实现研究2006论文阐述了某型空地导弹半实物仿真系统的工程实现。

并且重点阐述了该半实物仿真系统几个重要的环节。

该半实物仿真系统的主要功能就是：可模拟某空地导弹武器系统人一机界面的功能现象，对指挥人员进行战术指挥训练，对操纵手进行武器操作使用训练。

论文首先从总体结构上对该半实物仿真系统进行了阐述。

由该半实物仿真系统的功能入手，分析了该半实物仿真系统的总体结构。

将系统划分成实时网络、三轴转台、导航系统、负载模拟器、仿真控制计算机、实时曲线计算机、数据记录计算机、动画显示计算机、转台控制计算机、负载控制计算机、大屏幕投影设备等功能模块。

论文对半实物仿真系统的动力学和运动学模型的建立进行了论述。

从动力学和运动学的功能分析入手，确定了建模的方法，建立了导弹的动力学和运动学模型，并确定了方程中的参数。

论文对半实物仿真系统的导航系统的工程实现进行了研究。

在导航系统的方案确定后，分别从导航系统的硬件和软件两个方面进行了工程实现研究。

论文对半实物仿真系统的视景仿真的实现进行了详细的论述。

通过视景仿真的原理，对视景仿真系统的组成以及技术实现等几个方面进行了详细的阐述。

论文对半实物仿真系统的其它关键部分的工程实现进行了研究。

重点阐述了实时网络的工程实现和三轴转台的工程实现问题。

论文给出了该半实物仿真系统的仿真结果。

从该半实物仿真系统的视景仿真结果和弹道复现的结果可以直观地反映该半实物仿真系统的仿真效果。

由论文的阐述，可以得出以下的结论：与一般的系统仿真一样，该半实物仿真系统的研制采用了建立系统数学模型，建立系统仿真模型，进行系统仿真试验等三项基本研究方法。

通过对动与控制2008,""(5)负载模拟器是飞行控制系统半实物仿真中的重要实验设备.由于它具有可控制性和可重复性的特点,用它来替代破坏性的实物测试,可以大大节省研制经费和风险,缩短研制周期.由于气体本身具有可压缩性,同时气动执行元件又具有可以高速运动的特性,因此气动负载模拟器非常适合对瞬时执行机构的舵机进行加载,用于瞬时机构的研制工作.本文建立了气动负载模拟器的非线性数学模型,对该模型就行了仿真,研究了各种载荷谱下气动负载模拟器的输出响应曲线以及载荷谱的跟踪误差,并且研究了减小跟踪误差的数学方法,从而为气动负载模拟器在工程领域的应用打下了一定的数学基础.9.学位论文宋晶电动负载模拟器控制仿真研究2009电动负载模拟器是用于在实验室条件下模拟飞行器飞行过程中作用在舵系统上的铰链力矩的半实物仿真设备，用以考核舵机系统的实际工作性能。

随着国防事业对飞行器的控制精度和机动性能大幅提高，对负载模拟器加载力矩的动态响应和精度等提出了更高的要求。

本文主要对电动舵机负载模拟器的控制策略问题进行了理论分析与仿真研究。

数学模型是控制算法的设计依据，本文以永磁同步电机驱动的负载模拟器为背景，采用机理建模方法，建立了电动负载模拟器的数学模型，并通过实验方法辨识了系统数学模型主要模块的频响特性作为建模过程的验证。

在数学建模的基础上，分析了系统的性能。

为了改善系统的稳定性，引入了转矩微分负反馈。

分析仿真了多余力矩对系统性能的影响，发现多余力矩严重影响系统的性能。

根据加载系统的特点，提出了经典的PID控制算法，使输出能很好的跟踪系统给定输入值。

采用前馈补偿原理对系统进行了前馈补偿从根本上来减小多余力矩干扰的影响。

针对传统控制方法的局限性，结合神经网络的特点，提出了基于RBF神经网络PID控制策略，仿真表明，此控制策略是有效的，控制系统的动态性能比经典控制有了明显的改善。

10.学位论文吴远盛电液负载模拟器控制系统设计2009电液负载模拟器是模拟飞行器在飞行过程中其舵机所受空气动力力矩载荷的半实物仿真设备，其功能是在实验室条件下复现飞行器在飞行过程中舵面的受载情况，进而检测出舵机系统的性能，为飞行器的舵机系统提供可靠的实验数据。

它将传统的自破坏的全实物实验转化为实验室条件下的半实物预测性实验，达到了缩短研制周期、节约研制经费、提高可靠性和成功率的目的。

因此，它对于国防军事工业具有重要的意义。

<br> 电液负载模拟器属于典型的被动式仿真设备，由于舵机系统的主动运动，严重的干扰了模拟载荷力矩的加载系统，产生很大的多余力矩。

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。

因此，电液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。

<br> 论文阐明了电液负载模拟器的主要技术问题、评价技术指标、基本工作原理，根据某研究所提出的技术指标设计了单通道电液负载模拟器的具体控制方案。