基于定量反饋理論的液壓仿真轉(zhuǎn)臺(tái)性能分析與試驗(yàn)研究.pdf

1、三軸仿真轉(zhuǎn)臺(tái)是具有重要經(jīng)濟(jì)價(jià)值和國(guó)防戰(zhàn)略意義的高技術(shù)設(shè)備，其性能直接關(guān)系到飛行器仿真結(jié)果的逼真度。隨著當(dāng)前國(guó)際形勢(shì)的日益嚴(yán)峻和我國(guó)現(xiàn)代軍事技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)仿真轉(zhuǎn)臺(tái)的技術(shù)水平、應(yīng)用范圍和使用要求不斷提高。在轉(zhuǎn)臺(tái)的性能指標(biāo)中，系統(tǒng)的頻帶寬度是一項(xiàng)重要的性能指標(biāo)，它反映了轉(zhuǎn)臺(tái)對(duì)輸入信號(hào)響應(yīng)的快速性。國(guó)內(nèi)通常以頻率域雙十指標(biāo)來(lái)衡量系統(tǒng)的頻寬，這個(gè)頻帶限定了系統(tǒng)在多寬的頻率范圍內(nèi)有最小的動(dòng)態(tài)跟隨誤差。在轉(zhuǎn)臺(tái)油源功率容量、機(jī)械結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)元件確定的

2、情況下，最佳的控制策略往往能最大限度地發(fā)揮現(xiàn)有設(shè)備的能力。因此深入研究電液位置伺服系統(tǒng)的性能、選擇最佳的的控制策略對(duì)仿真轉(zhuǎn)臺(tái)的研制具有非常重要的意義。
　　在查閱大量國(guó)內(nèi)外有關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，本文綜述了國(guó)內(nèi)外仿真轉(zhuǎn)臺(tái)的發(fā)展概況，闡述了轉(zhuǎn)臺(tái)整體結(jié)構(gòu)形式，介紹了決定仿真轉(zhuǎn)臺(tái)技術(shù)水平的一些關(guān)鍵技術(shù)，概述了電液位置伺服控制系統(tǒng)的實(shí)際問(wèn)題、電液位置伺服系統(tǒng)控制策略和實(shí)現(xiàn)方法。
　　本文介紹了定量反饋理論（Quantitative Fee

3、dback Theory，簡(jiǎn)稱(chēng)QFT）的優(yōu)缺點(diǎn)，單輸入單輸出線性系統(tǒng)QFT設(shè)計(jì)的一般原理，非線性系統(tǒng)QFT及多輸入多輸出系統(tǒng)QFT的設(shè)計(jì)思想。
　　本文通過(guò)理論分析推導(dǎo)了三軸仿真轉(zhuǎn)臺(tái)框架耦合的動(dòng)力學(xué)模型，建立了閥控馬達(dá)液壓系統(tǒng)動(dòng)力機(jī)構(gòu)的非線性數(shù)學(xué)模型，明確地保留了伺服閥的壓力——流量的非線性關(guān)系。由于按照液壓系統(tǒng)參數(shù)名義值進(jìn)行理論推導(dǎo)的數(shù)學(xué)模型與實(shí)際系統(tǒng)相比可能出現(xiàn)很大的偏差，本文針對(duì)液壓仿真轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)寬頻響的特點(diǎn)，提出了一種灰箱的

4、辯識(shí)方法，準(zhǔn)確地得到液壓系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)增益、固有頻率和阻尼比等參數(shù)，以方便控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
　　三軸液壓仿真轉(zhuǎn)臺(tái)屬于具有不確定性的多輸入多輸出非線性系統(tǒng)，內(nèi)框、中框和外框的耦合作用隨內(nèi)框、中框和外框的位置、速度、加速度的變化而變化，一般的分析方法很難作到定量的分析。另外，對(duì)于確定參數(shù)的液壓系統(tǒng)通常采用線性化的分析方法，但是對(duì)于具有很大參數(shù)不確定的液壓系統(tǒng)還沒(méi)有一個(gè)實(shí)用的工程設(shè)計(jì)方法。本文采用基于SIMULINK模型線性化的方法將適用于確

5、定參數(shù)的單輸入單輸出液壓系統(tǒng)采用線性化的思想推廣到具有任意不確定參數(shù)組合的多輸入多輸出液壓系統(tǒng)，并在頻率域內(nèi)定量表示轉(zhuǎn)臺(tái)框架耦合作用和外干擾作用的大小。采用“近似不相關(guān)”（Basically Non-Interacting，簡(jiǎn)稱(chēng)BNIA）的思想，將系統(tǒng)分解為一組多輸入單輸出系統(tǒng)，各子系統(tǒng)的耦合視為干擾輸入，利用QFT可以利用離散的頻率響應(yīng)數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)控制器的特點(diǎn)，將線性化得到離散的結(jié)果按照不確定性的大小定量地設(shè)計(jì)魯棒控制器，滿(mǎn)足系統(tǒng)性能指標(biāo)

6、，簡(jiǎn)化了多輸入多輸出非線性系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。
　　為最大限度地提高系統(tǒng)的雙十性能指標(biāo)，在指定的雙十頻段內(nèi)的最大頻率點(diǎn)處系統(tǒng)雙十指標(biāo)的幅值和相角誤差應(yīng)同時(shí)達(dá)到或近似同時(shí)達(dá)到界限值，但是類(lèi)似液壓系統(tǒng)這樣的最小相位系統(tǒng)，幅值和相角滿(mǎn)足Bode關(guān)系，即系統(tǒng)相角由系統(tǒng)幅值唯一地決定，所以一般的設(shè)計(jì)方法很難達(dá)到上述目的。本文利用QFT設(shè)計(jì)方法的圖形化、透明化特點(diǎn)提出一種改進(jìn)的QFT設(shè)計(jì)方法，直接在Nichols圖上綜合控制器，使在規(guī)定的頻段內(nèi)的

7、最大頻率點(diǎn)處幅值和相角同時(shí)達(dá)到或近似同時(shí)達(dá)到雙十指標(biāo)的界限值，提高了系統(tǒng)的雙十頻帶寬度。這種方法的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是省略了經(jīng)典的二自由度的QFT跟蹤控制結(jié)構(gòu)中的預(yù)濾波器，提高了系統(tǒng)斜坡跟蹤精度。
　　本文在三軸液壓仿真轉(zhuǎn)臺(tái)上用改進(jìn)的QFT控制策略進(jìn)行了系統(tǒng)雙十指標(biāo)試驗(yàn)和系統(tǒng)魯棒性能試驗(yàn)。結(jié)果表明：采用本文控制策略的系統(tǒng)雙十指標(biāo)帶寬在相同的條件下較常規(guī)設(shè)計(jì)方法提高了10％，在油源壓力和負(fù)載條件變化的情況下仍能達(dá)到規(guī)定的時(shí)域和頻域性能指標(biāo)。