针对多余力影响电液负载模拟装置精度和动态特性的问题,搭建电液负载模拟液压系统,并基于电液伺服阀和液压缸的数学模型,构建电液负载模拟装置的阀控液压缸位置伺服系统及力伺服系统的数学模型。采用AMESim软件对电液负载模拟液压系统加载缸的位移及加载力进行建模分析,分析结果表明力超调量过大,由此,提出采用加装先导式比例减压阀来减小外部负载冲击引起的多余力。通过仿真和试验表明,加装先导式比例减压阀可抑制系统压力冲击,有效降低系统多余力。可为电液负载模拟装置多余力的抑制提供理论指导。

被动式电液力加载系统中,加载执行器在被加载对象强制向后推移过程中形成强迫流量,导致出现多余力,多余力会严重影响系统的加载精度。针对这些问题,首先,建立系统的动力学模型;接着,在频率域中分离出多余力表达式,借此找出了影响多余力的主要影响因素是被加载对象引起的速度扰动;其次,采用补偿器对强迫流量进行补偿,以减小多余力;然后,利用加载执行器压力参数来实时修正流量增益,以减少因负载压力变动引起的流量增益波动对多余力的影响。最后借助AMESim-Simulink进行联合数值仿真,结果表明电液力加载系统能准确复现指令力,多余力减小96%以上,稳态跟踪误差不高于4%,响应滞后最大0.03s。

本文从加载系统多余力的产生机理出发，研制了一种能消除多余力的新型电液负载仿真台，对其结构特点工作原理、控制方法等方面进行了归纳分析，并对其克服多余力的效果进行了测试，结果表明，新研制的电液负载仿真台能迅速消除多余力，达到了设计的目的。

电液加载系统是用于评价机械操纵执行部件在施加负载情况下运动性能的负载模拟部件加载控制的难点是要求加载系统在伴随操纵部件运动的前提下施加载荷谱所对应的期望负载力。为了提高加载系统在位置扰动条件下的加载性能在对加载系统多余力产生的机理加以分析的基础上详细论述了现有的多余力抑制方法及特点以及相关研究成果。

针对电液负载模拟器因存在多余力而影响加载精度的问题，建立负载模拟器数学模型，分析多余力产生机制，提出包含定常补偿器和干扰观测器（Disturbance observer，DOB）的多余力混合补偿策略以提高加载精度。首先基于结构不变性原理设计定常补偿器，再通过求解H∞混合灵敏度问题获得DOB，补偿剩余多余力并提高系统鲁棒性。静态、高频动态力函数跟踪仿真表明多余力减少65％以上，动态响应快速，摄动仿真表明负载模拟器对系统不确定性的影响有较好的鲁棒性；动态加载试验证明了策略的正确性和有效性。

针对振动与加载电液混合试验系统力加载跟踪过程中的多余力抑制问题分析了振动与加载电液混合系统的组成及工作原理建立了混合系统的动力学模型并对动力学模型的准确性进行了验证。在此基础上分析了混合系统加载多余力的产生机理提出了振动与加载电液混合系统力加载前馈解耦控制算法。搭建了振动与加载电液混合试验台及嵌入式控制系统利用振动与加载电液混合试验台进行了力加载控制策略的试验研究。结果证明与传统PI控制器相比提出的力加载前馈解耦控制算法可以更有效地抑制系统多余力提高力加载的跟踪精度。

对负载模拟器系统进行建模，针对其存在的多余力干扰进行仿真分析，由于液压控制系统存在非线性的特点，故应用功率键合图建模理论，发挥其在非线性上的优势。通过试验结果及仿真结果对比，验证了多余力键合图模型的准确性。仿真与实验均表明：未经补偿的被动加载产生的多余力数值是巨大的，严重影响了加载系统的加载精度。研究结果为负载模拟器多余力的研究提供了理论基础。

针对多余力影响电液负载模拟器加载精度的问题，增加了流量补偿回路。由于运动的承载系统强迫负载模拟器跟随其运动产生多余力，而多余力是影响电液负载模拟器跟踪精度的主要因素。利用流量补偿速度回路、伺服阀力回路分别控制负载模拟器速度和输出力，从结构上实现力与速度的解耦，消除被测系统主运动对电液负载模拟器加载精度的影响。利用阀口压差对速度回路中的伺服阀流量进行修正，以消除压降对流量的影响从而提高流量补偿回路动态性能。基于PID控制建立系统数学模型并搭建物理仿真模型，通过理论分析和仿真结果分析证明该方案具有可行性。

分析被动式加载系统的工作特点以多余边的产生机理，研究液压动力元件的结构参数与多余力的关系，进一步分析多余力的本质特征，探讨克服被动式加载系统多余力，提高加载精度的有效方法，为研制性能的被动式加载系统提供理论依据。

针对电液负载模拟器加载系统中存在的不确定性因素，通过选择适当的权函数，采用混合灵敏度的H∞方法设计并用基于线性矩阵不等式的算法求解鲁棒控制器。实验验证了该控制器在弹簧刚度发生变化时具有鲁棒性，并且结合结构不变性原理能有效抑制多余力，提高被动加载的性能。