● 摘要
电液伺服系统由于其功率密度大、输出力/力矩大、带载刚度强等优点，广泛应用于工业、国防等领域。其同步控制问题是电液伺服控制领域的关键问题之一。作为典型的同步控制应用对象，电液负载模拟器和电液飞行仿真转台在飞行器地面半实物仿真实验中起着极其重要的作用，具有重大经济价值和国防战略意义。随着我国航空航天技术和国防军事建设的发展，特别是飞行器及其部件自身动态性能的不断提升，对其测试设备的性能提出了越来越高的要求。故本论文以这两类重要测试设备为研究对象，以飞行器半实物仿真测试中遇到的同步控制难题为出发点，针对传统电液同步控制方法的不足，研究电液伺服系统的高精度同步控制策略。本文从以下几方面展开研究工作：
（1）速度同步控制策略的设计方法及其工程应用。基于主通道/被加载通道阀信号前馈的速度同步控制结构缺乏对同步补偿环节规范、系统的设计方法，同时也无该同步环节的具体数学表达式来指导实际应用。故本文在双电液阀控马达数学建模基础上，基于速度同步思想，设计了相应的复合同步补偿环节，并给出了其具体数学表达式。同时在分析各补偿环节的物理意义的基础上，研究了如何在不依赖精确的结构参数信息的情况下，仅通过试凑的方法确定各补偿参数的最优值，以指导工程实践。
（2）考虑执行器刚度的速度同步控制器设计方法。在基于主通道/被加载通道阀信号前馈补偿的速度同步控制研究领域，多数同步控制器仅采用阀信号为输入来设计同步补偿环节而没有考虑各执行器带载刚度对同步控制的影响。尽管在部分同步控制器中采用压差信号或耦合力矩代替同步误差来进行解耦补偿，但其均为比例反馈项且没有给出具体的数学表达式。故本文研究了考虑执行器刚度的速度同步控制的设计方法。对比实验表明该设计方法能有效解决传统速度同步方法在大、中负载力矩下同步加载能力变差的问题。同时针对角度同步控制对象，提出了基于耦合力矩的闭环解耦控制器，可将角度跟踪控制、速度同步前馈控制与解耦控制独立开来分别进行控制器设计。
（3）基于大惯量多刚度复杂模型的同步控制方法。在多个型号的导弹舵面半实物加载试验中，仅采用一个比例系数来近似代替速度同步补偿环节，即能取得很好的消扰效果。但在某大型运载火箭推力矢量喷管的同步运动加载过程中，却发现该同步参数的最优值会出现负号的情况。故本文深入分析了带载对象为大惯量负载工况时传动链柔度或负载柔性变形对同步控制策略带来的影响。并针对于该大惯量多刚度系统，提出了相应的同步控制算法以期进一步提高系统同步精度。并对速度同步补偿环节的多种衍生形式进行总结及共性分析，进而得到了同步补偿环节的通用表达式，这将有利于对更复杂的同步控制对象设计同步补偿环节（例如，多执行器的同步控制、非相似余度作动器的同步控制以及多谐振点带载对象的同步控制等应用工况）。
（4）广义角度同步设计方法。在电液负载模拟器的同步加载工况中，双执行器的角度同步意味着加载输出力矩为零，理论上基于角度同步思想设计的补偿环节会影响负载模拟器的动态加载能力。故本文在分析基于速度同步思想设计的同步控制器和基于角度同步思想设计的同步控制器之间关系的基础上，提出了“广义角度同步”思想，将角度同步和同步加载的同步控制概念统一。
（5）同步补偿系数的自适应调节算法。电液伺服系统中参数时变、工况改变、执行器更换以及负载变化等情况均会造成同步补偿系数的最优值发生变化，如何实现同步补偿系数的自适应调节是同步控制领域的重要问题之一。故本文提出了同步补偿系数的自适应调节算法，并基于李雅普诺夫函数证明了系统的稳定性。实验验证了该算法的有效性。
（6）非线性自适应鲁棒同步控制策略研究。随着工业、国防等领域对伺服系统性能要求的提高，传统基于线性化方法得到的同步控制性能逐渐不能满足系统需求。电液伺服系统的非线性，如伺服阀压力流量非线性、摩擦非线性、压力动态非线性等，逐渐成为限制同步性能提升的瓶颈因素。除此之外，电液伺服系统还存在诸多参数不确定性和不确定性非线性，而上述不利因素的解决方案多以单液压执行器为研究对象。如何克服这些不确定性对电液同步控制性能的影响，从而进一步提升同步控制精度，是目前高性能同步控制器设计所面临的重要问题之一。故本文基于电液伺服系统的非线性数学模型，提出了一种非线性自适应鲁棒同步控制策略，不仅给出了暂态同步性能，而且保证了稳态同步精度，且当只存在参数不确定性时，同步控制器还能获得渐近稳定性。相对于基于电液伺服系统三阶模型和反演控制器设计的同步控制器，该同步控制器的算法结构更简单，易于工程应用。
（7）电液伺服系统的智能同步控制算法研究。基于模型的自适应鲁棒控制算法对被控对象的模型准确度要求较高，当系统存在较大的未建模动态时，就会使得系统控制性能有所下降。为进一步提高电液伺服系统的同步性能，本文设计了一种非线性模糊自适应鲁棒同步控制策略。相比于自适应鲁棒控制器，该策略的主要优点在于能保证被控对象存在非线性不确定时的渐近跟踪能力。该算法采用自适应算法对系统的参数不确定进行补偿，并利用自适应模糊控制器的万能逼近能力对非线性的未建模动态进行估计，从而达到更精确的同步补偿，能在不提高误差反馈增益的前提下，更有效地提高同步控制精度。
本文虽然以高精度的电液负载模拟器和电液飞行仿真转台作为同步控制研究对象，但并不局限于对象本身，而是以此为出发点提出并验证一般性的同步控制方法及策略。因此，本文研究的同步控制策略对其他类似的电液伺服系统同步控制具有一定借鉴意义。