模型参考和重复控制在电液伺服协调加载系统中的应用研究

　　在国防、航空、航天等领域中，结构试验经常被用来观察和研究构件在载荷作用下各种动、静态性能，验证结构形式的合理性和力学分析的正确性，为建立新的分析模型和工程理论提供结构特性参数，在改进结构设计、减小结构质量与提高产品可靠性等方面均起着重大作用^[1]。其中组合加载试验对于飞行器的结构设计尤为重要，这就需要设计同步加载试验系统。若载荷不同步，试验会产生很大的误差，特别是在飞行器 ( 试件) 接近破坏时，载荷的不同步会产生作用于试件的附加力矩，使试件提前破坏，测量的载荷值将不能真实地反映试件破坏载荷值。由于加载力引起的机身变形参数对机身的可靠性和进一步优化设计将起到决定性的作用，所以对系统的动、静态特性都提出了较高的要求。而电液伺服协调加载系统是典型的机—电—液耦合的非线性时变系统，如图1 所示，在加载过程中，各缸之间、试件与加载杆之间都会产生严重的耦合干扰，对这类系统难以建立精确的模型，常规的控制方法难以实现满意的控制效果^{[2 -3]}。

　　作者提出了模型参考和重复控制相结合的在线学习的同步控制策略，整体上采用以实际加载通道作为参考模型的模型参考控制，同时在单一加载通道上应用重复控制补偿 PI 控制。应用试验表明: 采用该控制策略提高了同步跟随精度，增强了系统的自适应能力。

　　1 模型参考和重复控制相结合的控制策略

　　1. 1 控制策略分析

　　多通道同步力加载试验采用阶梯加载曲线，要求台阶稳态误差小于传感器满量程的3‰，上升曲线不做要求，但是要求多通道加载过程中严格同步，而且不能有超调。任何一种控制策略都不可能兼顾所有的控制品质。作者设计了一种基于模型参考和重复控制补偿PI 控制相结合的在线学习控制策略，其原理框图如图2 所示。

　　模型通道和各个跟随通道的初始输入为同一条理想轨迹，其中模型通道输入始终不变，应用常规PI 控制使其输出一条理想曲线。各个跟随通道则以模型通道的输出作为目标曲线，以重复控制补偿PI控制为自适应律不断在线学习来修正初始输入，动态保证各跟随通道的输出与模型通道输出同步。重复控制补偿PI 控制将上一次运行时的偏差反映到现在，和 “现在的偏差”一起加到被控制对象进行控制，其原理来源于由Wonham，Francis 等证明的内部模型原理^{[4 -7]}。传统的重复控制主要应用于跟踪周期输入信号，偏差的重复利用周期为周期信号的周期，文中的力同步加载系统跟随的是缓慢的非周期的阶梯加载曲线，作者尝试将重复控制应用在非周期信号的跟随控制中，偏差的重复利用周期定为信号离散采样周期。控制系统原理框图如图3 所示。