针对采用PID控制器控制液压操纵负荷系统存在系统握杆稳定性及平滑性不好的缺点,设计了一种基于结构化奇异值设计方法的鲁棒控制器,并将两种控制进行了对比实验。结果表明,本文设计的鲁棒控制器有效地提高了系统的握杆稳定性及平滑性。

为研究反馈机构间隙对采煤机液压系统的静态误差及闭环稳定性的影响,分析了4个运动副及其间隙在反馈过程中的相互作用机理,建立了含反馈机构间隙的数字液压缸模型。通过比较间隙的负倒频曲线与线性部分奈奎斯特曲线的位置关系,发现间隙不影响系统稳定性。采用静态分析方法,导出各间隙引起的静态误差表达式,揭示影响静态误差的因素及规律。建立了数字液压缸的AMESim仿真模型并进行了仿真研究。试验验证了理论及仿真分析的正确性。

以120t数字液压缸为研究对象,建立含有反馈机构动力学特性的数字液压缸系统框图。将数字液压缸系统分为五个结构子模块,并深入分析五个结构子模块间的耦合关系,揭示反馈机构对数字液压缸系统的影响。在频域上对系统框图进行简化分析,给出其化简意义。搭建数字液压缸系统的仿真模型,通过仿真从稳定性和快速性两方面研究每步简化对系统的阶跃响应影响。结果表明,电机频宽和丝杠导程变小或者阀芯转动惯量变大,对简化前后数字液压缸性能有较大影响,因此在进行优化设计时应根据实际参数选用合适的简化模型。

针对二次调节伺服加载系统,建立了动态数学模型,并利用MATLAB仿真软件,对系统参数变化和耦合干扰情况下的系统动态性能进行了仿真.仿真结果表明,加载对象的等效转动惯量和等效阻尼系数等参数的变化,主要影响系统的瞬态性能;负载压力波动、加载转矩和转速的波动,主要影响系统的稳态性能.

针对二次调节伺服加载试验台转速控制系统分析了参数变化和耦合干扰对系统控制性能的影响.仿真结果表明系统等效转动惯量和等效阻尼系数的变化以及负载压力和加载转矩的波动干扰对系统控制性能的影响较大.为了消除系统参数变化和耦合干扰的影响利用动态鲁棒补偿方法即在PID控制基础上加入归零因子环节和低通滤波器对转速控制系统进行改进使系统获得了很强的鲁棒性大大地提高了系统的控制性能.

建立了二次调节模拟加载系统的功率键合图数学模型，利用该模型对系统特性进行了仿真分析，仿真结果与试验结果基本一致，说明键合图数学模型有效。仿真及试验均表明，系统稳态控制精度较高，但驱动单元与加载单元存在耦合，影响了系统的动态特性。针对系统的耦合问题，采用转矩补偿解耦方法进行了解耦试验，试验结果表明，该方法有较好的解耦效果。本文的研究成果已成功应用于实际的基于二次调节的专用车桥加载试验系统中，使系统的性能得到进一步提高。

针对二次调节伺服加载系统建立了数学模型利用MATLAB仿真软件对液压和机械耦合干扰下的系统控制性能进行了仿真研究。仿真结果表明随着负载压力、输出转矩和输出转速的波动幅度的增大系统的控制精度明显变差转矩控制系统受负载压力波动的影响大于转速控制系统转矩波动对转速控制系统的影响大于转速波动对转矩控制系统的影响。为了消除系统耦合干扰的影响利用鲁棒补偿方法即在PID控制基础上加入归零因子环节和低通滤波器对控制系统进行改进使系统实现了解耦并同时使系统获得了很强的鲁棒性大大地提高了系统的控制性能。

从理论上分析了基于位置控制的液压操纵负荷系统的力感模拟原理阐明了力感模拟效果的影响因素为位置控制回路的带宽、综合刚度及操纵力引起的位置扰动。在理论分析的基础上借助计算机仿真方法阐述了根据模拟对象的特性和仿真精度确定位置控制回路的带宽和综合刚度的方法并提出了设计原则。指出位置控制回路的带宽应等于10倍仿真模型的转折频率在满足二自由度系统模拟单自由度系统的模拟精度要求下综合刚度应取3～10倍的液压弹簧刚度。通过时域和频域的计算机仿真证明了本文设计方法的可行性仿真结果也证明了理论分析的结果是正确的。

刚度特性是衡量数字液压缸性能的重要指标之一对控制精度有很大影响。在推导数字液压缸的刚度数学表达式基础上分析了刚度的频率特性。建立包含滚珠丝杠和反馈螺母的内部间接反馈数字液压缸的AMESim模型并进行了仿真研究。揭示了面积梯度、反馈螺母导程、供油压力、中位开口量对数字液压缸刚度特性的影响规律。

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。