题目：电液负载模拟器的控制器策略研究

负载模拟器是典型的运动加载系统，广泛地应用于导弹、飞机、舰船等武器系统的半实物加载仿真实验中。主要功能是为武器的舵机系统施加载荷，模拟舵机在真实工况下所承受的负载铰链力矩，是武器系统地面半实物加载仿真实验的关键设备。随着我国航天技术和国防军事建设的发展，特别是随着武器舵机系统自身动态性能的提高，对负载模拟器的控制性能也提出了越来越高的要求。本文以电液负载模拟器为研究对象，针对传统的电液加载控制策略存在的问题，以解决半实物加载实验中遇到的实际工程问题为目的，研究适于运动加载系统特点的控制策略。

制约电液负载模拟器控制精度的因素主要来自两个方面：一是舵机主动运动引起的运动耦合干扰，二是加载系统自身存在的参数不确定性，流量、摩擦等因素引起的非线性以及系统未建模动态干扰等。针对制约电液加载系统控制性能的两大因素以及传统电液负载模拟器控制方法在工程应用中遇到的实际问题，本文从以下几方面开展研究工作：

（1）舵机主动运动引起的“多余力”干扰是负载模拟器控制首先要面对的问题。首先建立了电液负载模拟器的线性化模型，提出了“多余力干扰系数”的概念并给出了定义方法，对多余力“成分”进行了定量分析，指出舵机速度是造成多余力的绝对主要因素。无论是基于舵机速度的前馈补偿方法还是基于舵机伺服阀控制信号的速度同步控制方法，从干扰抑制角度来看都属于开环补偿。针对这一问题，本文在速度同步控制结构的基础上，提出基于舵机和加载系统速度差的二次补偿方法。基于AMESim的仿真以及实验结果证明，改进方法可进一步提高多余力抑制水平。

（2）传统的速度同步控制方法具有结构简单、工程适应性强的优点。然而，速度同步方法提出至今并没有给出速度同步控制器规范的设计方法，实际应用中多用比例系数作为速度同步控制器。结合多项工程应用经验，我们发现在舵机和加载通道频率特性相近的工况下，基于固定同步比例系数的速度同步方法可以实现比较理想的载荷谱跟踪，而在舵机与加载系统频率特性差异较大的场合，这种基于固定比例同步系数的速度同步控制方法并不能兼顾舵机整个工作频率段的控制性能。针对这一问题，提出了自适应速度同步复合控制方法。该方法从舵机和加载系统频域模型匹配的角度出发，提出了一种速度同步控制器的设计方法，对传统的速度同步控制策略进行了发展和补充。该方法的特点是不需要知道舵机和加载系统频域模型的参数，仅利用同步信号（舵机伺服阀的控制信号）以及舵机和加载系统的速度信号，基于参数自适应律得到速度同步控制器的控制参数。理论证明了该算法的稳定性，并通过AMESim仿真与实验验证了该方法的有效性。

（3）大多数针对电液负载模拟器控制方法的研究都将注意力放在多余力问题上，而忽略了电液伺服系统自身非线性和参数不确定性问题；与之相反，少数考虑了加载系统参数不确定性的研究仅将舵机的主动运动干扰当做一般外干扰来处理，浪费了干扰速度可知这一重要信息。本文建立了电液负载模拟器的非线性运动加载模型，该非线性模型不仅考虑了舵机的主动运动干扰问题，同时考虑了摩擦、流量非线性以及系统参数不确定性对力矩跟踪的影响。基于该模型和自适应鲁棒控制理论，提出了一种电液负载模拟器的自适应鲁棒控制算法，并进行了实验验证。理论上，基于该算法可以通过控制参数实现任意精度的跟踪误差，但实际中由于传感器噪声以及系统物理频宽的限制，不可能任意设定控制器参数。考虑该算法结构较为复杂且控制器参数之间相互耦合，工程应用不便，本文提出了一种易于工程应用的电液负载模拟器非线性鲁棒控制算法。通过理论证明，联合仿真和实验，验证该方法的有效性。

（4）传统的速度同步控制方法的多余力消除原理具有普遍意义，但在工程应用中，只适用于阀控液压（气动）负载模拟器对阀控液压舵机（气动）舵机加载的场合，因为这两者舵机伺服阀的控制信号与舵机速度具有直接对应关系，且舵机阀控信号相对来说易于提取。针对工程中遇到某些场合无舵机阀控信号可用的问题，从职能分工角度出发，提出了适合运动加载系统特点的双环控制策略。其基本思想是对负载模拟器的任务进行分解，将“运动加载”分解为同步解耦运动以及载荷谱跟踪两项任务，并针对这两项任务分别设计同步解耦控制器和力矩跟踪控制器。基于这种双环控制结构，可以降低控制器设计的阶次，极大地简化了控制算法的复杂度。该方法具有结构简单，工程适用性强的优点。经过理论证明、联合仿真以及实验，验证了该方法的有效性。