本發(fā)明屬于控制裝置
技術領域：
，特別是一種直線舵機電動加載系統(tǒng)的動態(tài)控制方法。
背景技術：
：在國防、航空航天領域及其他方面的科學研究和工業(yè)生產中，通常要求對產品性能進行測試以保證所設計產品的性能。而電動舵機是航空航天領域經典的執(zhí)行器件，對飛行器的正常飛行和機動控制具有重要意義，是一種重要的飛行控制伺服元件，直線舵機作為一種新型功率電傳作動器，具有廣泛的應用前景，除可用于飛控系統(tǒng)外，還可用于飛行器上其他需要進行作動的場合。在早期的直線舵機研制過程中，對直線舵機性能的測試往往需要多次進行具有自破壞性的全實物現(xiàn)場試驗，這樣不得不浪費大量的財力、物力、人力，造成高額的研制費用，而且由于現(xiàn)場試驗數量和質量的限制，難以得到準確和完整的實驗數據及規(guī)律，造成研制周期的加長。為了保證直線舵機的研發(fā)質量，并提高其效率，需要使用負載模擬器復現(xiàn)直線舵機在實際應用條件下所受到的力和力矩，考察其在接近實際條件下的工作情況，以保證直線舵機的質量。機電作動器通用加載系統(tǒng)與傳統(tǒng)的電液驅動裝置相比，具有體積小、結構簡單、成本較低等特點，且在試驗過程中響應速度快，易于控制，所以非常適合對直線舵機進行加載試驗，為其施加所需的各種形式的載荷；而這一加載系統(tǒng)主要包括加載臺和軟件部分，加載臺是與待測直線舵機直接相連的部分，對直線舵機施加力和力矩，故加載臺的結構設計是十分重要的，同時加載臺的適用范圍和使用的方便性制約著直線舵機的試驗工作；因此，為提高對直線舵機的加載精度，有必要研究直線舵機電動加載系統(tǒng)的動態(tài)控制方法。但是目前國內外負載模擬器的研究主要集中在旋轉對旋轉的扭矩式加載系統(tǒng)，即力矩式負載模擬器的加載測試對象為扭轉式電動舵機，其輸出為力矩；而直線負載模擬器的加載測試對象為直線舵機或直線閥，其輸出為直線力或直線位移。負載模擬器根據負載動力來源的不同，分為機械式、電液式、氣動式和電動式四種。目前，直線加載多采用擺桿式、機械式或彈性桿的方式，這些直線加載方式并不能滿足負載模擬器自動化、智能化的要求，其控制方法也意義甚微。較大力矩加載的應用中，主要研究的是以液壓馬達或作動筒為執(zhí)行機構的電液式伺服加載系統(tǒng)，文件1(cn106055753a)公開了一種電液負載模擬器多余力的舵機指令動態(tài)補償控制方法，這種加載方式存在著漏油、維護不便、對油污敏感且經常性發(fā)生故障等缺點，另外大慣性以及密封摩擦等非線性因素也很大程度上影響了加載精度，而且從控制方法上看，由于承載系統(tǒng)的主動運動和較大的連接剛度對加載系統(tǒng)造成強位置干擾，導致加載液壓馬達兩腔產生強迫換流，換流產生強迫壓力，這是引起電液式被動式力矩伺服系統(tǒng)多余力矩的主要原因，多余力矩往往很大，嚴重影響加載精度，而且電液系統(tǒng)存在伺服閥死區(qū)、壓力波動等干擾因素及系統(tǒng)參數易受環(huán)境溫度和工作溫度變化的影響，而成為非線性和時變因素很強的系統(tǒng)。因此，由于非線性和時變性因素對電液負載模擬器的模型系數精確性的影響，導致電液負載模擬器控制器設計的難度和復雜程度加大；文件2(cn106527150a)公開了一種氣動伺服加載系統(tǒng)的非線性復合控制方法，但是，由于氣體本身的低剛度、弱阻尼及氣動系統(tǒng)參數不確定性等特征制約了氣動伺服控制技術的進一步研究及應用，其控制方法意義甚微；文件3(cn102141484a)公開了一種多功能便攜式電動伺服控制加載裝置及其加載方法，其加載模式僅為力控制或位移控制下的靜力加載或循環(huán)加載，即只能實現(xiàn)“主動式加載”，相當于靜態(tài)加載，沒有多余力等干擾因素，但不能實現(xiàn)針對直線舵機的“被動式加載”；然而，被動式負載模擬器的動態(tài)控制方法一直是國內外研究的重點方向，但對負載模擬器的研究多應用于旋轉舵機的加載測試，且多集中于扭轉對扭轉的扭矩式加載，而直線式負載模擬器結構較為復雜，且因被測直線舵機主動直線運動所導致的多余力更難抑制；采用直線伺服電機驅動的直線負載模擬器存在著局限于主動式加載、成本比較高、制造維修不太方便等缺點，并不能對主動運動的被測直線舵機進行加載?，F(xiàn)有技術中沒有針對直線舵機負載模擬器的控制方法研究，特別指應用在一種高精度直線舵機電動加載系統(tǒng)中的動態(tài)控制方法。技術實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于提供一種直線舵機電動加載系統(tǒng)的動態(tài)控制方法。實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術解決方案為：一種直線舵機電動加載系統(tǒng)的動態(tài)控制方法，包括以下步驟：步驟1、對伺服加載電機建模，得到伺服加載電機的電壓平衡方程和轉矩平衡方程；步驟2、將第一波紋管聯(lián)軸器、第二波紋管聯(lián)軸器、轉矩轉速傳感器及滾珠絲杠視為系統(tǒng)負載，該系統(tǒng)負載與伺服加載電機剛性連接，將伺服加載電機輸出轉矩tl視為由等效慣性負載、阻尼負載及彈性負載三部分組成，并構建輸出轉矩平衡方程；構建被測直線舵機的機理模型，得到被測直線舵機輸出位移和輸入電壓關系方程；步驟3、將滾珠絲杠作為力/力矩轉換機構，在不考慮滾珠絲杠摩擦扭矩及驅動扭矩的情況下，得到施加到被測直線舵機上的直線加載力與伺服加載電機輸出轉矩的關系、滾珠絲杠角位移與被測直線舵機輸入位移的關系；步驟4、在上述步驟的基礎上，構建直線舵機加載系統(tǒng)的傳遞函數；步驟5、利用步驟4的傳遞函數分析直線舵機加載系統(tǒng)的前向通道特性和擾動通道特性；步驟6、根據步驟5中直線舵機加載系統(tǒng)的前向通道特性和擾動通道特性構建直線舵機加載系統(tǒng)的動態(tài)控制結構，該控制結構包括電流環(huán)、位置環(huán)及力環(huán)的三閉環(huán)復合控制結構和角速度前饋補償控制器，并引入stribeck摩擦模型至直線舵機電動加載系統(tǒng)中；步驟7、將上述直線舵機加載系統(tǒng)各項參數帶入至步驟4中的傳遞函數中，作出直線舵機加載系統(tǒng)伯德圖，由伯德圖或李雅普諾夫方法判定其穩(wěn)定性，如果穩(wěn)定則同時對步驟6中的控制器進行參數整定，之后執(zhí)行步驟8，如果不穩(wěn)定則返回步驟6；步驟8、根據被測直線舵機通訊協(xié)議，系統(tǒng)設置通訊波特率，設置舵機啟動、偏移、反饋及零位調整指令，并調用相應rs422串口驅動程序發(fā)送和接收系統(tǒng)指令；步驟9、上位機設定加載模式，加載模式有階躍信號加載和正弦信號加載兩種，并將控制指令通過tcp/ip通信協(xié)議發(fā)送給實時控制器，實時控制器對指令進行處理后發(fā)送給伺服加載電機驅動器，由伺服加載電機驅動器驅動伺服加載電機完成加載任務；從而完成對直線舵機電動加載系統(tǒng)的動態(tài)控制。一種對上述直線舵機電動加載系統(tǒng)動態(tài)控制方法的驗證方法，包括以下步驟：步驟a、轉矩轉速傳感器、拉壓力傳感器、光柵尺采集實時數據并反饋給實時控制器進行閉環(huán)控制，實時控制器將數據發(fā)送給上位機進行顯示和存儲，根據所發(fā)送和接收的數據，完成指令信號、反饋信號和誤差信號的曲線繪制；步驟b、對于階躍信號加載，計算其超調量e(tp)及調節(jié)時間ts；對于正弦信號加載，計算反饋信號與設定信號之間的幅值誤差和相位誤差，之后由“雙十指標”評價直線舵機電動加載系統(tǒng)動態(tài)控制方法，如果達到“雙十指標”，則表明直線舵機電動加載系統(tǒng)動態(tài)控制方法可行，否則表明當前方法不可行。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，其顯著優(yōu)點為：1)本發(fā)明動態(tài)控制方法中的電流環(huán)giq(s)復矢量pi控制能夠使伺服加載電機3實際電流快速準確地跟蹤設定電流，縮短動態(tài)跟蹤過程，從而有效提高加載精度，并使伺服加載電機3的控制性能優(yōu)良于被測直線舵機中電機的控制性能；2)本發(fā)明動態(tài)控制方法中的力環(huán)gf(s)利用拉壓力傳感器的反饋值來控制加載系統(tǒng)的力輸出，位置環(huán)gp(s)用于精確控制伺服加載電機角位移，角速度前饋補償控制器gω(s)用于跟蹤伺服加載電機3轉子機械角速度，利用高精度傳感器的實時反饋進行閉環(huán)控制，有效地保證了直線舵機電動加載系統(tǒng)的力跟蹤精度；3)本發(fā)明的方法引入了stribeck摩擦模型，更加準確地描述了非線性摩擦因素對直線舵機加載系統(tǒng)的影響；4)本發(fā)明以永磁同步電機驅動的電動加載系統(tǒng)為具體對象，同時考慮直線舵機特性的影響，有效地考慮了直線舵機與電動加載系統(tǒng)的耦合程度，并抑制了直線舵機主動位移的主動力，提高了直線加載系統(tǒng)的加載精度；5)本發(fā)明提出了對直線舵機電動加載系統(tǒng)的動態(tài)控制方法的驗證方法，并引入“雙十指標”來衡量直線舵機電動加載系統(tǒng)的動態(tài)控制特性，使得直線負載模擬器可評價性更強；6)本發(fā)明具有廣泛的適用性，通用性好，復合性強，可以根據被控機構的的實際受載變動情況，有效地針對不同尺寸的直線舵機或不同類型的直線伺服機構，并可設計使用合適的載荷譜對機構進行模擬加載；7)本發(fā)明雖然在設計時結構相對復雜，但可用于被動式加載，技術比較成熟，加載控制比較方便，制造成本比較低，是一種性價比比較高的伺服加載形式。附圖說明圖1是被測直線舵機30開環(huán)對象控制框圖。圖2是直線舵機電動加載系統(tǒng)總體控制框圖。圖3是直線舵機電動加載系統(tǒng)的裝置主視圖。圖4是直線舵機電動加載系統(tǒng)的裝置俯視圖。圖5是直線舵機電動加載系統(tǒng)裝置的運動轉換系統(tǒng)局部圖。圖6是滾珠絲杠10單個接觸點受力模型圖。圖7是直線舵機電動加載系統(tǒng)的伯德圖，其中，圖(a)為幅值圖，圖(b)為相角圖。圖8是擾動信號為4mm/2hz時系統(tǒng)信號跟蹤結果。圖9是擾動信號為4mm/5hz時系統(tǒng)信號跟蹤結果。圖10是本發(fā)明的直線舵機電動加載系統(tǒng)的動態(tài)控制方法流程圖。圖中編號所代表的含義為：1-基座2-t型槽板3-伺服加載電機4-伺服加載電機支座5-1-第一波紋管聯(lián)軸器、5-2-第二波紋管聯(lián)軸器6-轉矩轉速傳感器7-轉矩轉速傳感器支座8-支撐平臺9-滾珠絲杠副支撐單元10-滾珠絲杠11-滾珠絲杠副螺母12-套筒13-連接板14-光柵尺連接板15-光柵尺讀數頭16-滑塊17-導軌18-光柵尺19-連接頭20-拉壓力傳感器21-拖鏈22-限位開關擋板23-限位開關支座24-限位開關25-連接節(jié)26-連接軸27-被測軸套28-微位移傳感器29-微位移傳感器支座30-被測直線舵機31-固定夾板32-升降臺33-編碼器支座34-編碼器35-緊固件具體實施方式本發(fā)明所用的直線舵機電動加載系統(tǒng)，包括控制臺、配電柜和試驗臺，圖3是直線舵機電動加載系統(tǒng)的裝置主視圖，圖4是直線舵機電動加載系統(tǒng)的裝置俯視圖，圖5是直線舵機電動加載系統(tǒng)裝置的運動轉換系統(tǒng)局部圖，其中控制臺包括pc機、實時控制器、機箱、數據采集卡和控制柜，控制臺用于對測控系統(tǒng)試驗臺進行加載閉環(huán)控制并實現(xiàn)人機交互功能，配電柜為試驗臺和控制臺提供動力，其中試驗臺包括基礎臺架、伺服加載系統(tǒng)、運動轉換系統(tǒng)、被測直線舵機系統(tǒng)，其中基礎臺架包括基座1和t型槽板2，伺服加載系統(tǒng)包括伺服加載電機3、伺服加載電機支座4、第一波紋管聯(lián)軸器5-1、第二波紋管聯(lián)軸器5-2、轉矩轉速傳感器6及轉矩轉速傳感器支座7，運動轉換系統(tǒng)包括支撐平臺8、滾珠絲杠副支撐單元9、滾珠絲杠10、滾珠絲杠副螺母11、套筒12、連接板13、光柵尺連接板14、光柵尺讀數頭15、滑塊16、導軌17、光柵尺18、連接頭19、拉壓力傳感器20、拖鏈21、限位開關擋板22、限位開關支座23、限位開關24及連接節(jié)25，被測直線舵機系統(tǒng)包括連接軸26、被測軸套27、微位移傳感器29、微位移傳感器支座28、被測直線舵機30、固定夾板31、升降臺32、編碼器支座33、編碼器34；所述基礎臺架中，基座1的頂部設置t型槽板2，t型槽板2有長度、寬度兩個方向的t槽通道，用來調整安裝升降臺以適應不同規(guī)格的被測直線舵機30，t型槽板2通過緊固件與基座1連接固定，伺服加載電機支座4、轉矩轉速傳感器支座7、支撐平臺8、升降臺32、編碼器支座33通過緊固件與t型槽板2連接固定；升降臺32安裝于寬度方向一側的t槽通道上，編碼器支座33、伺服加載電機支座4、轉矩轉速傳感器支座7、支撐平臺8位于長度方向的t槽通道上，支撐平臺8位于編碼器支座33和轉矩轉速傳感器支座7之間，伺服加載電機支座4位于轉矩轉速傳感器支座7的另一側；所述伺服加載系統(tǒng)中，伺服加載電機3通過緊固件與伺服加載電機支座4緊固連接，電機軸與轉矩轉速傳感器6之間通過第一波紋管聯(lián)軸器5-1相連，轉矩轉速傳感器6與運動轉換系統(tǒng)中的滾珠絲杠10之間通過第二波紋管聯(lián)軸器5-2相連，轉矩轉速傳感器6通過緊固件安裝在轉矩轉速傳感器支座7上；所述運動轉換系統(tǒng)中，支撐平臺8上設置滾珠絲杠副支撐單元9、導軌17、光柵尺18、限位開關支座23以及拖鏈21的固定端；滾珠絲杠10一端固定，另一端自由，固定端由滾珠絲杠副支撐單元9固定，滾珠絲杠副支撐單元9通過緊固件固定到支撐平臺8上；滾珠絲杠副螺母11與套筒12前端通過緊固件連接，套筒12上端面通過緊固件與連接板13固定，套筒12尾端通過緊固件與連接頭19連接固定以實現(xiàn)直線運動輸出；套筒12端部被限制在支撐平臺8中部以實現(xiàn)機械限位，限位開關支座23安裝在支撐平臺8側面，限位開關擋板22安裝在連接板13上，限位開關24安裝在限位開關支座23上以實現(xiàn)電氣限位；連接板13中部與套筒12通過緊固件連接固定，連接板13兩端與滑塊16連接固定，并通過直線導軌的作用限制滾珠絲杠副螺母11和套筒12的轉動，確保套筒12輸出直線運動，連接板13與光柵尺連接板14通過緊固件連接固定；光柵尺18安裝在支撐平臺8一凹槽內，光柵尺讀數頭15與光柵尺連接板14通過緊固件連接固定，光柵尺18采集系統(tǒng)的位移信號反饋給計算機控制系統(tǒng)；拉壓力傳感器20一端與連接頭19通過螺紋連接，另一端與連接節(jié)25通過螺紋連接，拉壓力傳感器20一側安裝有信號線，信號線將加載力反饋給計算機控制系統(tǒng)，信號線置于拖鏈21中，拖鏈21移動端固定在連接板13上，拖鏈21固定端安裝在支撐平臺8上；連接節(jié)25螺紋端與拉壓力傳感器20以螺紋方式連接，另一端通過連接軸26與被測直線舵機30連接；所述被測直線舵機系統(tǒng)中，被測軸套27與連接軸26配合連接，微位移傳感器29安裝在微位移傳感器支座28上，微位移傳感器29測得被測軸套27的位移輸出并反饋給計算機控制系統(tǒng)，被測直線舵機30通過固定夾板31固定安裝在升降臺32上，升降臺32一側裝有高度微調旋鈕，可滿足不同類型被測直線舵機30對中性的要求，微位移傳感器支座28通過緊固件固定在升降臺32上；編碼器支座33安裝在t型槽板2上，編碼器34安裝在編碼器支座33上，被測直線舵機30輸出軸另一側與編碼器34相連；所述的伺服加載電機3、轉矩轉速傳感器6、滾珠絲杠10、連接頭19、拉壓力傳感器20、連接節(jié)25、被測直線運動機構30及編碼器34同軸連接；所述的套筒12、連接板13、光柵尺連接板14、限位開關擋板22及限位開關支座23采用高強度硬鋁合金材料；連接頭19、連接節(jié)25、連接軸26采用45鋼材料并調質處理；所述配電柜包括伺服加載電機驅動器、可編程電源及制動電阻，加載電機驅動器與試驗臺中的伺服加載電機3通過電機制動抱閘線纜、反饋線纜相連，加載電機驅動器與控制器相連，可編程電源為被測直線運動機構30供電；所述控制臺包括上位機、實時控制器、數據采集卡、信號處理系統(tǒng)、機箱及接線盒，上位機中安裝測控軟件，上位機通過tcp/ip通信協(xié)議與實時控制器通信并實時監(jiān)控系統(tǒng)狀態(tài)，實時控制器與加載電機驅動器、被測直線運動機構驅動器相連；上位機設定加載模式并將控制指令通過tcp/ip通信協(xié)議發(fā)送給實時控制器，實時控制器對指令進行處理后發(fā)送給伺服加載電機驅動器，由伺服加載電機驅動器驅動伺服加載電機完成加載任務，同時轉矩轉速傳感器6、拉壓力傳感器20、光柵尺18采集實時數據并反饋給實時控制器進行閉環(huán)控制，實時控制器將數據發(fā)送給上位機進行顯示和存儲。一種基于上述直線舵機電動加載系統(tǒng)的動態(tài)控制方法，其步驟為：步驟1、對伺服加載電機3建模，得到伺服加載電機3的電壓平衡方程和轉矩平衡方程；伺服加載電機3為面貼式隱極永磁同步電機，為保證加載精度，伺服加載電機3采用矢量控制法；當采用面貼式永磁同步電機時，根據永磁同步電機在d-q軸系下模型，得到伺服加載電機3的電壓平衡方程和轉矩平衡方程；其中，電壓平衡方程為：式中，uq、iq分別為伺服加載電機3定子在q軸上的電壓和電流；lm為等效電感；rm為定子繞組電阻；ke為反電動勢常數；ωm為伺服加載電機3轉子機械角速度；伺服加載電機3的轉矩平衡方程為：式中，tm為伺服加載電機3電機電磁轉矩；jm為電機轉動慣量；bm為電機阻尼系數；tl為伺服加載電機3輸出轉矩。步驟2、直線舵機電動加載系統(tǒng)將伺服加載電機3的扭矩輸出需經聯(lián)軸器、滾珠絲杠副等元件轉換為直線加載力，而運動轉換元件的剛度會在一定程度上影響加載性能；將第一波紋管聯(lián)軸器5-1、第二波紋管聯(lián)軸器5-2、轉矩轉速傳感器6及滾珠絲杠10視為系統(tǒng)負載，該系統(tǒng)負載與伺服加載電機3剛性連接，將伺服加載電機3輸出轉矩tl視為由等效慣性負載、阻尼負載及彈性負載三部分組成，并構建輸出轉矩平衡方程；構建被測直線舵機30的機理模型，得到被測直線舵機30輸出位移和輸入電壓關系方程；其中，輸出轉矩平衡方程為：式中，jl為負載等效轉動慣量；bl為負載等效阻尼系數；kl為負載等效彈性剛度系數；θl為負載對應滾珠絲杠10角位移；θm為伺服加載電機3角位移；被測直線舵機30采用高減速比的間接驅動方案，即電機加減速器及滾珠絲杠副的傳動形式，所采用電機為直流力矩電機，圖1是被測直線舵機30開環(huán)對象控制框圖，被測直線舵機30輸入電壓和輸出位移關系方程：式中，u為被測直線舵機30輸入電壓；l1為被測直線舵機30輸出位移；kdm為電機的電磁轉矩系數；kd0為電機功放系數；kj為被測直線舵機30的減速比；p1為被測直線舵機30中滾珠絲杠導程；kde為電機反電勢系數；rd為電機電樞電阻；ld為電機電樞電感；jd為電機負載轉動慣量；bd為電機阻尼系數。圖1中，id為被測直線舵機30電機電流；td為被測直線舵機30電機輸出力矩；ωd為被測直線舵機30電機角速度；θ1為被測直線舵機30中滾珠絲杠角位移。步驟3、將滾珠絲杠10作為力/力矩轉換機構，在不考慮滾珠絲杠10摩擦扭矩及驅動扭矩的情況下，由圖6滾珠絲杠10單個接觸點受力模型，得到施加到被測直線舵機30上的直線加載力與伺服加載電機3輸出轉矩的關系、滾珠絲杠10角位移與被測直線舵機30輸入位移的關系；施加到被測直線舵機30上的直線加載力與伺服加載電機3輸出轉矩的關系為：式中，f為直線加載力；r為滾珠絲杠10半徑；λ為滾珠絲杠10螺紋升角；滾珠絲杠10角位移與被測直線舵機30輸入位移的關系為：式中，l1為被測直線舵機30輸入位移；p為滾珠絲杠10導程。步驟4、在上述步驟的基礎上，圖2是直線舵機電動加載系統(tǒng)總體控制框圖，構建直線舵機加載系統(tǒng)的傳遞函數：f＝g1uq-g2g3u其中:式中，kt為伺服加載電機3電磁轉矩系數。步驟5、利用步驟4的傳遞函數分析直線舵機加載系統(tǒng)的前向通道特性和擾動通道特性；令u＝0，即被測直線舵機30處于鎖死狀態(tài)，表示直線舵機加載系統(tǒng)不受被測直線舵機30擾動的前向通道特性，表示為：令uq＝0，表示直線舵機加載系統(tǒng)的擾動通道特性，且負號表示擾動力的方向與被測直線舵機30的位移方向相反，表示為：式中，g4為前向通道特性系數；g5為擾動通道特性系數。步驟6、根據步驟5中直線舵機加載系統(tǒng)的前向通道特性和擾動通道特性構建直線舵機加載系統(tǒng)的動態(tài)控制結構，該控制結構包括電流環(huán)、位置環(huán)及力環(huán)的三閉環(huán)復合控制結構和角速度前饋補償控制器，并引入stribeck摩擦模型至直線舵機電動加載系統(tǒng)中；電流環(huán)giq(s)采用復矢量pi控制，用于使伺服加載電機3電流準確快速地跟蹤指令信號，電流環(huán)復矢量pi控制的傳遞函數為：式中：為d-q軸系電流；為d-q軸系電流設定值；kcp、kci相應為pi控制器的比例和積分常數；pm為電機極對數；所述步驟6中的力環(huán)gf(s)利用拉壓力傳感器20的反饋值來控制加載系統(tǒng)的力輸出，位置環(huán)gp(s)用于精確控制伺服加載電機3角位移，角速度前饋補償控制器gω(s)用于跟蹤伺服加載電機3轉子機械角速度；所述步驟6中的力環(huán)gf(s)、位置環(huán)gp(s)及角速度前饋補償控制器gω(s)均采用pid控制，所用公式為：式中，u(t)為系統(tǒng)的被控制量；e(t)為誤差值；kp1、ki1、kd1分別為比例系數、積分常數和微分常數；所述步驟6中的stribeck摩擦模型為：當|ωm|＜α時，靜摩擦為：式中，f1(t)＝jmα(t)；當|ωm|＞α時，動摩擦為：式中：f1(t)為驅動力；fm為最大靜摩擦力；fc為庫侖摩擦力；kv為黏性摩擦力矩比例系數；α(t)為伺服加載電機3角加速度；α和α1為非常小的正數。步驟7、將上述直線舵機加載系統(tǒng)各項參數帶入至步驟4中的傳遞函數中，作出直線舵機加載系統(tǒng)伯德圖，由伯德圖或李雅普諾夫方法判定其穩(wěn)定性，如果穩(wěn)定則同時對步驟6中的控制器進行參數整定，之后執(zhí)行步驟8，如果不穩(wěn)定則返回步驟6；步驟7中對控制器進行pid參數整定采用連續(xù)ziegler-nichols方法，整定公式為：km為系統(tǒng)開始振蕩時的增益值；ωm1為振蕩頻率；kp、ki及kd相應為pid控制器的比例、積分和微分常數。步驟8、根據被測直線舵機30通訊協(xié)議，系統(tǒng)設置通訊波特率，設置舵機啟動、偏移、反饋及零位調整指令，并調用相應rs422串口驅動程序發(fā)送和接收系統(tǒng)指令；其中，所有指令字為16進制格式，高8位在后，低8位在前；步驟9、上位機設定加載模式，加載模式有階躍信號加載和正弦信號加載兩種，并將控制指令通過tcp/ip通信協(xié)議發(fā)送給實時控制器，實時控制器對指令進行處理后發(fā)送給伺服加載電機驅動器，由伺服加載電機驅動器驅動伺服加載電機3完成加載任務；從而完成對直線舵機電動加載系統(tǒng)的動態(tài)控制。一種對上述直線舵機電動加載系統(tǒng)動態(tài)控制方法的驗證方法，包括以下步驟：步驟a、轉矩轉速傳感器6、拉壓力傳感器20、光柵尺18采集實時數據并反饋給實時控制器進行閉環(huán)控制，實時控制器將數據發(fā)送給上位機進行顯示和存儲，根據所發(fā)送和接收的數據，完成指令信號、反饋信號和誤差信號的曲線繪制；步驟b、對于階躍信號加載，計算其超調量e(tp)及調節(jié)時間ts；對于正弦信號加載，計算反饋信號與設定信號之間的幅值誤差和相位誤差，之后由“雙十指標”評價直線舵機電動加載系統(tǒng)動態(tài)控制方法，如果達到“雙十指標”，則表明直線舵機電動加載系統(tǒng)動態(tài)控制方法可行，否則表明當前方法不可行。其中，所述“雙十指標”是指正弦反饋信號的幅值誤差小于±10％和相位誤差變化小于10°。本發(fā)明為了解決現(xiàn)有負載模擬器(伺服加載系統(tǒng))以單維力/力矩模擬為主、復合性較差及通用性不高等問題，為了解決現(xiàn)有的電液伺服加載系統(tǒng)因加載對象的主動運動而對加載系統(tǒng)所造成很強位置干擾、較大的多余力、維護不方便等問題，也是為了解決采用直線伺服電機的電動式伺服加載存在著局限于主動式加載、成本比較高、制造維修不太方便等缺點，本發(fā)明的一種直線舵機電動加載系統(tǒng)的動態(tài)控制方法，加載系統(tǒng)能夠有效針對直線舵機不同型號尺寸施加合適的載荷譜對其進行模擬加載，所提動態(tài)控制方法能夠有效地實現(xiàn)直線負載模擬器地加載測試功能，并能提高直線負載模擬器的加載精度到90％以上，有效抑制了被測舵機的多余力。下面結合實施例具體描述：實施例1為驗證本發(fā)明，實施例選定的各元器件如表1所示，直線舵機電動加載系統(tǒng)參數如表2所示。表1試驗臺各元器件選型表2系統(tǒng)參數參數參數值單位意義kt1.75nm/a電磁轉矩常數ke112v/krpm反電動勢常數kl6000nm/rad彈性剛度常數jl8.81×10-5kgm2負載的轉動慣量lm11.4mh電感常數rm2.1ω定子的繞組電阻jm9.1×10-4kgm2pmsm轉動慣量bm0.052nm/krpm電機阻尼常數p25mm絲杠導程其次，分析系統(tǒng)是否穩(wěn)定，利用matlab作出系統(tǒng)的伯德圖，伯德圖如圖7所示，由伯德圖判定系統(tǒng)穩(wěn)定；設置電流環(huán)giq(s)控制器參數為：kcp＝4.1，kci＝450，kcω＝1000；設置位置環(huán)gp(s)控制器參數為：p1＝1.32，i1＝0.61，d1＝0.02；設置力環(huán)gf(s)控制器參數為：p2＝1.38，i2＝0.89，d2＝1.01?；趌abview圖形化編程和matlab編程，編寫了測控軟件，并進行正弦信號加載實驗，信號跟蹤曲線如圖8、9所示。被測直線舵機30設置幅值為4mm、頻率為2hz和5hz的正弦信號為驅動指令信號，伺服加載電機3設置幅值為3000n、頻率與擾動信號相同的正弦信號為加載指令信號。對于被測直線舵機30，其控制輸出為位移，采用電動加載系統(tǒng)測試其輸出力，以檢驗其推力是否滿足要求。電動加載系統(tǒng)初期調試，實驗時間較短。在圖8、9中，標有force_setpoint、force_feedback及force_error的曲線分別為設定加載曲線、加載反饋曲線及為誤差曲線。由圖8得，當被測直線舵機30輸出頻率為2hz時，測得反饋曲線正峰值為3163.94n，反峰值為-3241.32n，相位為-7.87°，定義反饋值與設定值的比為加載精度，加載精度為91.96％；當被測直線舵機30輸出頻率為5hz時，測得反饋曲線正峰值為3258.33n，反峰值為-3267.54n，相位為-9.33°，加載精度為91.08％，反饋曲線與設定曲線的相位差均小于10°，幅值誤差也在10％以內，較好地達到了“雙十指標”，有效地測試了此被測直線舵機30能夠滿足3000n的實載動態(tài)推力。當前第1頁12