液压操纵负荷系统惯性补偿方法研究.pdf

Hv d r a u l i c s P n e u ma t i c s S e a l s ， NO ． 8 ． 2 O 1 0 液压操纵负荷系统惯性补偿方法研究 齐潘 国 王 慧 韩俊伟 1 ． 辽宁工程技术大学机械工程学院， 辽宁阜新 1 2 3 0 0 0 ； 2 ． 哈尔滨工业大学机电学院， 黑龙江哈尔滨 1 5 0 0 0 1 摘要 操纵负荷系统 是飞行模拟器的“ 飞行” 操纵 系统 ， 其主要 作用 是逼真 的复现驾驶飞机时的操纵力感 。 其中 ． 惯性力感是高级 别模 拟器必须模拟 的力感之一 ， 当操纵负荷系统 自身的机构惯量 比较大时 ， 要模拟较小的惯性力感就必须要补偿机构 的部分惯量 。为此提 出了基于 力回路的惯性补偿 控制方法 ， 在不对硬件做任何改动的情况下 ， 实现 了操纵负荷系统的惯性补偿 。首先给 出了基于 力回路操 纵负荷系统的控制系统结构并建立了数学模型 ， 然后通过 推导力感 特性 揭示出惯 性补偿原理并进行 了稳定性 分析 ， 提 出了稳定 条件 ． 最后通过实验验证 了所提出的惯性补偿方法的稳定性 和有效性 。 关键词 流体 传动 与控制 ； 液压操纵负荷 ； 力感模拟 惯性补偿 中图分类号 T P 2 7 1 _ 3 l 文献标识码 A 文章编号 l 0 o 8 0 8 l 3 2 0 l 0 0 8 0 0 3 7 0 5 I n e r t i a Co mp e n s a t i o n o f Hy d r a u l i c Co n t r o 1 Lo a d i n g S y s t e m Q l P o - g u o WA NG Hu i ’H A N n w e i 1 ． S c h o o l o f Me c h a n i c a l E n g i n e e r i n g ，L i a o N i n g T e c h n i c a l U n i v e r s i t y ，F u x i n 1 2 3 0 0 0 ； 2 ． S c h o o l o f Me c h a t r o n i c s E n g i n e e r i n g ，Ha r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y ，Ha r b i n 1 5 0 0 0 1 Ab s t r a c t C o n t r o l L o a d i n g S y s t e m C L S i s t h e “ fl i g h t ” c o n t r o l s y s t e m o f F l i g h t S i m u l a t o r F S ，a n d i t s t a s k i s t o r e p r o d u c e t h e c o n t rol f o r c e s a p i l o t f e e l s w h e n fl y i n g a r e a l a i r c r a f t i n a F S ． I n e r t i a f o r c e i s o n e o f t h e f o r c e s w h i c h mu s t b e r e p r o d u c e d i n a h i g h l e v e l F S ， a n d i t i s n e c e s s a r y t o c o mp e n s a t e i n e r t i a ma s s i n o r d e r t o s i mu l a t e a s ma l l e r i n e rt i a ma s s t h a n a CL S’ S ． A f o r c e - l o o p b a s e d i n e rt i a c o mp e n s a t i o n me t h o d i s p r e s e n t e d w i t h w h i c h p a rt o f i n e r t i a ma s s o f a CL S c a n b e c o mp e n s a t e d w i t h o u t ma k i n g a n y mo d i fi c a t i o n t o t h e CL S’ S h a r d wa r e ． F i r s t ，t h e a r c h i t e c t u r e o f a f o r c e - l o o p b a s e d CL S i s p r e s e n t e d ，a n d a b l 0 Hc k d i a g r a m mo d e l o f t h e C L S i s s e t u p ． Ne x t d e riv i n g t h e t r a n s f e r f u n c t i o n r e p r e s e n t i n g t h e f o r c e f e e l o f t h e CL S i l l u mi n a t e s t h e p r i n c i p l e o f i n e rt i a c o mp e n s a t i o n ， f o l l o w e d a n a l y z i n g s t a b i l i t y o f t h e me t h o d ， a n d t h e n a s t a b i l i t y c o n d i t i o n i s p u t f o r w a r d ． At l a s t ， t h e me t h o d i s e x p e ri me n t a l l y p r o v e d t o b e v a l i f 1 ． Ke y W or ds t u r n a n d c o n t r o l o f flu i d； h y d r a ul i c c o n t r o l l o a di ng 0 前 言 在 手 动驾驶 飞机 飞行 时 ．飞行 员感 知 飞 机 的飞 行 状态信息的主要途径是力感 、 视觉 、 动感 及听觉。其中 力感是指飞行员移动操纵元件 如驾驶杆等 时感觉到 的力， 也称为操纵力感 ， 它是飞机飞行操纵品质的决定 性 因素 之一 ， 直接 影响 飞行 员驾驶 飞 机 的感 觉 。对飞 机 飞行模拟器言 ，尽可能逼真的复现飞机上的操纵力感 是非常重要 ． 负责此任务的系统称为操纵负荷系统 ， 它 是 飞行模 拟 器的 “ 飞行 ” 操纵 系统 。 操 纵 负 荷 系 统 的 研 究 难 点 之 一 就 是惯 性 补 偿 问 题 。是指当操纵 负荷系统的 自身机构惯量大于真实飞 机操纵系统的机构惯量的情况下，操纵 负荷系统将无 法模拟真实的惯性力 ，这种情况多发生在小型飞机的 飞行 模 拟器 上 ， 另 外 ， 操 纵 负 荷 系统 的惯 量 还 会影 响 系 统 的频 宽及 稳定 性 ， 某 种情 况 下 。 会 因过 大 的 机构 惯 量 基金项目 教 育部新 【 } { 纪优 秀人才 支持 汁划 资助项 日 N C E T 一 0 4 0 3 2 5 收 稿 日期 2 0 l 0 _ 0 4 2 3 作者简介 齐潘 国 1 9 8 1 一 ， 男， 讲师 ， 主要研究方向 为液压伺服控 制系统 、 力感模拟 控 制 、 现代鲁棒控制理论谯液 压控制 系统 I } I 的应 f { j ， s y s t e m ； f o r c e f e e l s i mul a t i o n；i n e rti a c o mp en s a t i o n 造成 无法 模拟惯 性 力及 响应频 宽过 低 的后 果1 1 2 I 。 为了能 满足性能指标要求 ，必须要尽可能地降低操纵负荷 系 统的机构惯量。 目前通行 的做法是采用轻质 的航空材 料 ． 甚至直接采用真飞机的操纵元件进行改装 ． 这也是 现 在 的操 纵 负荷 系统 十分 昂贵 的主要 原 因之 一 。如 果 能从 控 制算 法 上对 机 构惯 量进 行 补偿 ，那 么采 用一 般 材料就可以满足性能指标要求 了，从而大大地降低 了 操纵负荷系统的成本。所 以通过控制算法来补偿操纵 负荷系统的 自身的惯量是很有 必要的。国内外在这方 面的研究并不多。 1 9 8 0年 ， 美国辛格公司设计专用的二 阶微分 电路来 补偿 惯 性 力 ，但 是该 方法 很 难得 到 良好 的加速度信号 ． 达不到很好的补偿效果 。 1 9 9 1 年 ， 美国 的系统控制技术 S C T 公司采用两个力传感器来补偿 系统 自身机构的惯性力 ． 此系统的机械结构相当复杂 ， 故没 有得 广泛 的应 用推 广l4 I 。 本 文 主要 研 究 如何 从控 制 算法 上解 决 操纵 负荷 系 统的惯性补偿问题。首先给出了基于力回路的操纵负荷 系统 的控制 系统 结构 并建立 了系统 的方块 图模 型 ， 以此 为基础 。 推 导 了操 纵 负荷 系 统 的力感 模 拟 特性 ， 进 而 阐 3 7 液 压 气 动 与 密 封 ／ 2 01 0年 第 8期 明了操纵负荷系统的力感模拟原理， 然后阐述了惯性补 偿的实现方法， 分析了此方法的稳定性并提出了稳定性 条件 ， 最后对此惯性补偿控制方法进行了实验验证。 l 操纵负荷 系统建模 所研制的飞行模拟器原理样机上 的液压操纵负荷 系统的实物照片如图 1 所示 ，左边所示的是驾驶杆等 驾驶机构 ， 位于模拟座舱内， 右边所示 的是液压动力机 构 ． 位于座舱地板下面． 驾驶机构通过传动机构与液压 驱动机构相连。本文的针对该模拟器的俯仰操纵通道 ， 也称为俯仰操纵负荷系统 ， 讨论其惯性补偿问题。为阐 明惯性补偿的实现原理 ，首先要阐明操纵负荷系统是 如何在模拟器上复现操纵力感的，即分析力感控制原 理 。 为此 ， 需要给出基于力回路的控制算法的系统结构 并 建立操 纵负荷 系统的数学模 型 。 ■ 黑 图 1 液 压操 纵 负 荷 系 统 的实 物 图 1 ． 1 基于力回路的控制算法结构 俯仰操纵负荷系统组成如图 2所示， 由驾驶杆、 连 接机构 、 液压缸、 伺服 阀、 传感器及操纵负荷计算机等 部分组成。其中操纵负荷计算机的主要功能是实时解 算仿真模型及伺服回路的实时控制 ，并通过 以太网与 主仿真计算机交换仿真数据。从控制系统结构上， 基于 力 回路的控制算法由内回路和外回路两层组成。内回 路为力伺服控制回路 。它以仿真模型输出的模型力为 参考信号，由力伺服系统实时控制力传感器上的作用 力与模型力相等。外回路是模型解算回路 。 运行在操纵 负荷计算机中的仿真模型根据驾驶杆的运动状态 位 置 、 速度及加速度 实时解算模型力 ， 为内回路提供参 考信号， 惯性补偿算法的关键就是仿真模型 ， 下文将详 细阐明 ， 另外， 由于人的操纵频率较低 ， 速度和加速度 信号完全可以由位移信号生成 ，这样就不必再安装速 度和加速度传感器 了。操纵负荷系统力感控制的原理 是 ， 在模拟器座舱中， 当驾驶员在驾驶杆上施加操纵力 并试图使驾驶杆向前移动时 ，力传感器检测到的力信 号， 经 A ／ D和 D ／ A电路 、 输入输出调理电路 、 计算机 ， 最 终驱动伺服阀阀芯运动， 产生正向的开 口量。 使液压缸 活塞杆也正向移动。位置、 速度及加速度传感器检测到 活塞杆的运动 ， 并输出分别与活塞杆 的位置 、 速度及加 速度成比例的电信号， 经调理电路及 A ／ D卡 ， 输出到计 算机里 ，实时运行在计算机中的仿真模型解算并输 出 与系统运动状态相关的力， 称为模型力 ， 用 表示 ， 模 38 型力作为指令信号输出给力回路 。力 回路再根据此指 令信号使液压缸输 出与模型力相等的负载力 。由此可 见 ． 液压 缸在 运动 过程 中 ， 在 驾驶 杆上 施加 了与活 塞杆 运动状态相关的模型力 ， 通过调整仿真模型参数 ， 就可 以改变驾驶杆的运动状态与操纵力的关系 ，从而达到 控制驾驶杆操纵力感的目的。 L 一 一 一一 一 一一 一 一一 一 一一 一 ～一 一 一 ～一 一 一～ 一 一一 一 一 一一 ～ 一一 _ J 图 2 基于力回路的控制算法结构 1 ． 2数学模 型 根据图 2 ， 很容易建立操纵负荷系统 的传递函数模 型 ， 如 图 3所示 ， 详细建模过程可参考文献阁， 图 3 b是 图 3 a b 系统方块f1 5I 的等效变换 【 用于分析稳定性 图 3 操纵负荷系统的方块图 图中 驾驶员的操纵力 ， 单位为 N； 驾驶杆的位置即操纵位移， 单位为 m； 一 仿真模型输出的模型力 ， 单位为 N； m 操纵负荷系统的驾驶杆及连接机构等可动 Hy d r a u l i c s P n e u ma t i c s＆ S e a l s ， NO ． 8 ． 2 0 1 0 部分在连杆处的折算质量， 以下简称负载质量， 单位为 k g ； 驾驶杆及连接机构在连杆处 的折算 阻尼 ， 以下简称为负载阻尼， 单位为 N m ／ s 驾驶杆上端到活塞杆的传动机构的综合刚 度 ， 包括驾驶杆的弯 曲刚度及力传感器的拉伸刚度等 ， 以下简称为负载刚度 ， 单位为 N ／ m； 液压缸活塞杆位移 ， 单位为 m； m 活塞杆及位移传感器的质量， 单位为 k g ； A 活塞有效面积 ， 单位为 m ； 液压缸的阻尼， 单位为 N m ／ s ； r从操纵负荷计算机经 D ／ A变换输出的电压 信号到伺服阀驱动 电流信号之 间的电气增益 ，单位为 A／ V ； ∞ 伺服阀的转折频率， 单位为 r a d ／ s ； K 和K广分别是伺服阀的电气增益和流量增益； G 仿 真模 型的传递 函数 ， 它是操纵负荷 系 统力 感特性 的主要决 定性 因素 G 力 回路控制器 ， 其 形式和参数是根据力 回路实测频响特性确定的 G 力 回路多余力补偿环节 ， 它是根据结构 不 变性 原理 设计 的 ； G 、 C 及 C 的具体表达式为 d 1 G L G 餐 惫s K K 。 c 格 s2 弩 器 2 惯性补偿 惯性补偿算法两个最重要 问题是 补偿原理是什 么以及控制算法是否稳定。 2 ． 1 惯 性补 偿原 理 为 了 阐明操 纵 负荷 系 统 的惯 性补 偿 原 理 ，首 先 要 说明力感控制原理 ， 其关键是明确仿真模型 、 伺服控制 回路 力 回路 及仿真对象 被模拟飞机的飞行 操纵系 统 三者之间的关系。操纵负荷系统 由仿真模型与伺服 控制回路构成 ，其主要功能是在飞行模型器上复现飞 机上的操纵力感 ， 要求模拟器上驾驶杆的力感特性 操 纵力与操纵位移之间的关系 与飞机的相似 ， 相似程度 越高 ， 操纵负荷系统的力感模拟效果越好 。 根据图 3 ， 并 假设补偿环节 G 能够完全补偿系统中的多余力 ， 即驾 驶杆运动不对力伺服回路造成任何干扰 。可得以操纵 位移为输出量 ， 以操纵力为输入量的传递 函数为 一f f ； c l 2 f 1 m d s d F s G s 】 K d F s G s f s 、 ‘ 式中的 F s 是力回路 的闭环传函 ， 在带宽内其值 恒等于 l ， 由此式还可知 ， 负载刚度 对操纵负荷系统 的力感 特性也有影响。假设力 回路带宽和负载刚度均 足够大 ， 则公式 1 简化成 塑一 1 ， 一 m B rs G s 由上式可见 ， 仿真模型 G 是操纵负荷 系统 的关 键环节 ，其结构和参数是影响操纵负荷系统力感特性 的决定性 因素 ，仿真模型的结构与参数不仅和仿真对 象有关 ， 还与伺服控制回路 的负载特性有关 。在操纵负 荷系统设计时 ，应该根据仿真对象的实际力感特性来 确定仿真模型的具体形式 ，但是本文的重点是要惯性 补偿问题 ， 故不讨论仿真模型是如何确定 的， 而是假设 其 已知 。假设仿真模型有如下形式 G s m 2 B s K 3 式中m 模型质量 ， 单位为 k g ； 厂模型阻尼 ， 单位为 Ns ／ m； 厂模型刚度 ， 单位为 N ／ s 。 将公式 3 代人公式 2 可得 盟 一 f 4、 Tc l md ， 7 l s 2 _卜 B d 曰 K 、 ’ 由式 4 可知 ， 在仿真模 型的形式如式 3 所示 ， 并 且力 回路带宽和负载刚度足够大的条件下 ，操纵负荷 系统模拟的是二 阶质量阻尼弹簧系统 的力感特性 。力 回路带宽和负载刚度的大小决定 了力感模拟 的逼真程 度， 必须根据性能指标来确定 ． 这部分 内容以及仿真模 型的确定方法可参考文献【” ， 此处从略。由式 4 易见二 阶系统的惯性力 由负载质量与模型质量构成 ，如果把 模型质量取为负值 ．操纵负荷系统的模拟惯性力就小 于 自身固有的惯性力， 也就达到了惯性补偿的目的。接 下来要解决 的问题就是模型质量取负值时 ，操纵负荷 系统 能否 稳定 以及 稳定条 件是 什么 。 2 ． 2稳定 性分 析 操纵负荷系统 的稳定性有两个方面 内回路 和外 回路。内回路可按常规的力伺服回路进行分析， 其稳定 性与仿真模型无关 ， 此处假设 内回路稳定 。外 回路稳定 性分正负模型质量两种情况 。此处仅分析负模型质量 的情 况 。 由图 3 b可清晰地看到操纵负荷系统的外回路 ， 很 明显 ， 外 回路是典 型的负反馈 回路 ， 由于负载阻尼 、 负 载刚度及负载质量 的影响 ，使得仿真模 型的输入不仅 与操纵力相关 ， 也与力回路的输出量 即力传感器的检 测力1 相关 ， 从而形成 了负反馈形式的外 回路。 故系统外 39 液 压 气动 与 密 封， 2 0 1 0年 第 8期 回路存 在稳定性 问题 。 在伺服 阀频宽远高于内回路带宽时 ，内回路的闭 环传递函数可近似由两个一阶惯性环节表示， 即 F s 型 5 根据图 3 b ，并假设多余力完全补偿 ，再结合公式 5 可得外回路开环传递函数G s 为 G 釜 二 二 盘 二 6 s 嚣 1 ‘ S 1 丑 雩 、 ／ 根据公式 6 可得外 回路开环 B o d e图， 如图 4所 示 。 由图 易 见 。 负模 型 质量情 况 下 ． 外 回路开 环传 递 函 、 图 4外 回路 开环 B o d e图 数具有非最小相位特性 。S 平面右半平面出现 0点 。 但 没有极点 ， 保证在幅值大于 O的频段内， 正负穿越次数 相等， 则外 回路稳定。相频线在 中频段有一次穿越 ， 稳 定条 件显然是 幅频线 的中频段在 O d B线 以下。所 以 ， 在 负模型质量情况下， 外回路的稳定条件为 』 m s l m f 7 根据公式 7 可见 ， 模型质量小于 0时 ， 只要其数 值小于负载质量， 外回路能保持稳定。 3 实验研究 为 了验证 本 文提 出 的惯 性 补偿 算 法 的有 效 性 ， 如 图 1 所示 的操 纵负荷 系 统为硬 件基 础 ．对惯 性补 偿控 制算法进行了验证性实验。本实验包括两项内容 稳定 性测试及惯性补偿验证 。稳定性测试主要是验证公式 7 所示的外回路稳定性条件 ， 试验方法是首先使系统 保持稳 定进 行 ， 然后 逐渐增 加模 型 质量 的数值 ． 直到 系 统开始振荡为止。惯性补偿验证主要是对惯性补偿与 4 0 否两种情况进行对 比，操纵负荷系统的力感特性是通 过驾驶杆的自由释放运动表测试 的[ 6 1 ， 刚度和阻尼相同 的情况下， 质量越小 ， 其衰减振荡的频率越高 ， 所 以通 过对比两种情况的 自由释放运动的衰减频率就可以验 证惯性补偿的效果。 实验结果如图 5所示。图 5 a 一 5 d是稳定性测试曲 线 ． 图中只给出的驾驶杆的实际位置及检测力的情况 ， 未标的仿真模型参数 中， 模型刚度 K 1 0 0 0 N ／ m， 模型阻 尼 B 3 0 0 N s ／ m。 其它参数如图所示 ， 图 5 a和 5 b ， 是模型 质量为一 2 2 5 k g的实验结果 ，图 5 a是驾驶杆移动情况， 图 5 b是检测力的情况 ，检测力与操纵力不完全相等， 但能间接表现操纵力的变化情况 ，此结果说明此时系 统 可稳 定工 作 。 图 5 c和 5 e ， 是 模 型质 量为一 2 5 0 k g的实 验结果 ． 可见 ， 驾驶杆稍有一点扰动 ， 系统进入发散状 态 ． 负载质量的实测值恰好是 2 5 0 k g ， 此结果验证 了式 7 所示的稳定性条件是正确的。图 5 e和 5 f 是惯性补 偿验证曲线 ．图中未标的仿真模型参数 中，模型刚度 K 7 2 9 9 N ／ m。模型阻尼 9 5 9 N s ／ m，其他参数如图所 示 ． 图e 1 中的实线是模型质量为一 5 0时的驾驶杆响应曲 线 ， 即补偿 了 5 0 k g的负载质量 ， 负载质量实测值约为 2 5 0 k g ， 故所模拟的仿真对象的质量约为 2 0 0 k g ， 仿真对 象的自然频率约为 6 r a d ／ s ，图 5 e中的虚线是模型质量 为 7 0 5 k g ， 其它条件相 同， 其仿真对象的 自然频率约为 3 r a d ／ s 。 恰与实验曲线基本吻合 ， 图 5 f 是负模型质量情 况的检 测力 对模 拟 力 的跟踪 情况 ，此 结果 说明惯 性补 偿控制算法是有效的。 厂 、 九 √ ＼ ／ ／ ＼ ／ V H l1 U ， s a 锯驶杆位移 m。 2 2 5 k g _ 、 ＼ ／ 、 厂 ＼ ／ ．I I 八 f ＼ I ． _ ／l j r Y’ 一v ’ b 榆测力 ms 2 2 5 k g r U ． I f l厂 d 榆 1] j ms 2 5 0 k g H ’f ／ s H 、f 0 IJ， s e 驶杆位移 实线 s 5 0 k g 虚线 f] 模， 力 实线 及枪测力 虚 ／／ I s 7 0 5 k g 线Ⅲs 5 0 k g 图 5 实验结果曲线 Hv dr a u l i c s Pne u ma t i c s S e a l s ／ No． 8 ． 201 0 基于 A M E S i m 的全功能强力液压支架 试验台垂直加载系统的研究 芮 丰 李 然 陈忠强 冯 晓迪 万理想 煤炭科学研究总院上海分院， 上海2 0 0 0 3 0 摘要 本文应用 A M E S i m软件对全功能强力液压 支架试验 台垂直加载系统进行仿真分析。 该 系统是一个典型的四缸同步控制的电液 系统 ， 其特点是大负载 、 大偏载 。 针对试验台工作情况 ， 对垂直加载 系统进行模型设计 、 参数选择和仿真分析 。在总 负载 3 6 0 0 0 K N， 偏载 2 0 0 0 K N情况下 ， 得到四缸位置误差 不超 过 3 ． 8 m m， 对该试验 台的设计制造提供了有价值的参考 。 关键词 A ME S i m， 四缸同步 ， 大 负载 ， 大偏 载 中图分类号 T G1 5 6 文献标识 码 A 文章编号 1 0 0 8 - 0 8 1 3 2 0 1 0 0 8 - 0 0 4 1 - 0 4 An a l y s i s o n t he Ve r t i c a l Lo a d S y s t e m o f Fu l l -f u n c t i o n Po we r f u l Hy d r a u h c S u p po r t Te s t BED Ba s e d o n AM ES i m RU／ LI Ra n CHEN Zh o n g- qi an g FENG 一 WAN Li - xi an g F l u i d P o we r Re s e a r c h I n s t i t u t e S h a n g h a i B r a n c h， Ch i n a C o a l Re s e a r c h I n s t i t u t e， S h a n g h a i 2 0 0 0 3 0 C h i n a Ab s t r a c t I n t h i s p a p er AMESi m s o f t wo l e i s pr o po s e d t o f o c us on t h e s i mul a t i o n a nd a n a l y s i s f o r t h e v e r t i c a l l o a d s y s t e m of f u l l f un c t i on p o w e rf u l h y d r a u l i c s y s t e m t e s t - b e d ． T h e s y s t e m i s a c l a s s i c e l e c t r o h y d r a u l i c s y s t e m o f f o u r c y l i n d e r s y n c h r o n i z a t i o n ， wi t h l a r g e l o a d a n d l a r g e un e v e n l o a d． Co mpu t a t i on a l s i mul a t i o ns a r e c a r r i e d o ut for t h e s y s t e m wi t h AMESi m un d e r t he c o n di t i o ns o f t o t a l l o a d o f 36 0 0 0 KN a n d un e v e n l o a d o f 2 O 0 0KN． Th e s i mu l a t i o n r e s u l t s s ho w t h a t f ou r c y l i n de r p o s i t i o n e r r o r l e s s t h a n 3． 8 mm． The r e i s i mp o r e a nt r e f e r e nt i a l v a l u e f o r t he d e s i gn a nd ma n uf a c t ur e o f t h e t e s t b e d． Ke y W o r d s AME S i m； f o u r c y l i n d e r s y n c h r o n i z a t i o n ； l a r g e l o a d ； l a r g e u n e v e n l o a d U 日 IJ舌 液压支架试验台是检测煤矿用液压支架的重要设 备， 其检测能力保障着液压支架的可靠性和安全性 ， 促 进 着 大尺 寸 、 大 负载 液 压支 架 的研 发 和 应用 。 目前 ， 国 内还 没有 带 外加 载 的液 压 支 架试 验 台 ，不 能 满足 国家 标准 、 行业标准对液压支架 的试验要求 。因此 ， 研发该 收稿 日期 2 0 1 0 0 4 2 3 作者简介 芮 丰 1 9 5 8 一 ， 男， 煤炭科学研 究总院上海 分院硕士 研究生 导 师 、 研究员 ， 主要研究方向为机电液一体化系统设计。 类 型 的试 验 台具有 重 要应 用价 值 。本 文 即是 对该 试 验 台整体进行初步研发的关键部分。 垂直加载系统是试验台的重要部分 ，其实质是 四 缸在大负载大偏载情况下的速度 同步。在四缸初始位 置相 同时 ， 速度 同步 也表现 为位 置 同步 。多缸 同步在 液 压 领 域是 一 个 经典 的 控制 问题 ．在各 种 工程 机 械 中有 非 常广 泛 的实 际应用 。从 理论 上讲 ， 四缸 结构 的对称 性 使得它们很容易进行同步。在实际应用中 ， 由于泄漏 、 负载变化和元件死 区等因素 ， 尤其是在数万 k N级大负 载 以及数 千 k N大偏 载情 况 下 ， 实现 四缸 同步 具有 较 大 十一十一十-十一十一十一十一十-十一十-十一十一十一十。十-十-十。十。十。十 十 十。十 。 。 。 卜 。 卜 。 卜 。 。 。 卜 。 卜 。 。 。 卜 。 卜 。 卜 。十。 ‘ ‘ 卜 十 1 。十。十 十。十。十 十 4 结 诊 【 2 】 齐潘国． 飞行模拟器液压操纵负荷系统力感模拟方法研究 『 D 1 ． 哈尔滨工业大学博士学位 论文， 2 0 0 9 6 4 6 7 ． 从 控 制算 法 上解 决 了操纵 负 荷 系 统 的惯性 补 偿 问 [ 3 1 J H N D ． HAL L ， J 0HNs 0N c I r r Y ． AL F RE D s ． 题 。提出的基于力控制回路的控制算法 ， 可 以在不对原 s i l a 【 I 】 。 t l l o a d i g i n e r t i 。 p 。 I o r 『 P 1 ．Uni t e d 有的操纵负荷系统硬件做任何修改的情 况下 ，补偿操 S t P a l e t 4 , 2 3 6 ． 3 2 5 fi l 。 d 1 9 8 0 ． 纵负荷系统的机构惯量 ， 实现小惯性力的模拟。该算法 I 4 I H I L D R E T H ，B R U C E L ．M o t o r c o n t r o l l o a d i n g s y s t e m 的稳定 性 和有效 性均 得 到充分 的 实验 验证 。 a n d m e t h o d [ P ] ．E u r o p e a n P a t e n t U S 6 0 4 4 7 9 fi l e d 1 9 9 1 ． 【 5 】 MART I N EZ M，RAHK OL A A，WOODARD M．De v e l o p 一 参 考 文 献 i t 】 齐潘国 ， 等． 基于位置控 制的液压操纵 负荷系统⋯． 吉林大学 学报 工学 版 ， 2 0 0 8 ， 3 8 s 2 l 2 8 一 l 3 3 ． me nt o f a 1 0 c h a nn e l r e c o n fig u r a bl e hi g h p e rfo r ma nc e c o n t r o l l o a d i n g s y s t e m [ J ] ．A I A A M o d e l i n g a n d S i m u l a t i o n Te ch n ol o g i e s Co n f e r e n c e． Mo nt r e a l ， 2 0 0 1 I - 9． 【 6 】 I5 I 行模拟设备的鉴定和使 tI C C A R 一 6 0 I s ] ．2 0 0 5 6 8 7 0 ． 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