﻿ 气动负载模拟器的多余力矩分析
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Extraneous torque analysis of pneumatic load simulator
Wei Qiong, Wu Shuai, Jiao Zongxia, Yu Hao
School of Automation Science and Electrical Engineering, Beijing University of Aeronautics and Astronautics, Beijing 100191, China
Abstract:In order to analyze the formation and influence factors of the extraneous torque of pneumatic load simulator, the working principle, structure diagram and experimental platform of the pneumatic load simulator were introduced and the mathematical model of the pneumatic load simulator was deduced. The model was verified through comparing the result of experiment and simulation. The three influence factors (passive pressure, moment of inertia and friction torque) of the extraneous torque of pneumatic load simulator were analyzed qualitatively by using linearization method. The influence of the three factors on the extraneous torque of pneumatic load simulator was analyzed quantitatively by using nonlinear simulation. The conclusion is that the friction torque is an important factor which comes into the extraneous torque in pneumatic servo loading system.
Key words: pneumatic load simulator     inertia torque     friction torque     extraneous torque     active pressure     passive pressure

1.2 数学模型

Jl为负载等效转动刚度；Bl为负载等效阻尼系数；Gl为负载等效扭转刚度,拉普拉斯变换后得到输出力矩的传递函数如下:

s为微分算子,由于线性系统满足叠加原理,将式(6)分解成以下3个部分:

1.3 模型验证

 元器件 参数 参数值

 气源/MPa 0.7 排量/(m3/rad) 3.2×10-4 体积/L 1.5 惯量/(kg·m2) 0.00084

 流量/(L/min) 350 频宽/Hz 100

 量程/(N·m) 80 精度 0.001

 量程/(°) 270 精度/(°) 0.01

 图 3 仿真与实验多余力矩比较Fig. 3 Extraneous torque of simulation vs experiment

 图 4 多余力矩与气动力矩仿真与实验Fig. 4 Extraneous torque vs flight dynamic torque of simulation and experiment

 仿真序号 通道 指令 摩擦 控制
1
 位置 1Hz,60°正弦波 有 有 加载 0N·m 有 有
2
 位置 1Hz,60°正弦波 无 有 加载 0N·m 无 有
3
 位置 1Hz,60°正弦波 有 有 加载 0N·m 无 无
4
 位置 1Hz,60°正弦波 有 有 加载 0N·m 有 无
5
 位置 1Hz,60°正弦波 无 有 加载 0N·m 有 有
6
 位置 1Hz,60°方波 有 有 加载 0N·m 有 有
2.1 强迫流量对多余力矩的影响

 图 5 无摩擦时开环和闭环情况下的多余力矩Fig. 5 The open-loop and close-loop extraneous torque without friction

 图 6 位置通道为方波运动时的多余力矩仿真结果Fig. 6 Simulation results of extraneous torque when step position disturbance

 图 7 3种仿真对比Fig. 7 Comparison of three conditions by simulation

1) 对于该气动负载模拟器来说,摩擦力矩是系统多余力矩的重要组成部分,其次是加载系统由于位置干扰引起的强迫流量产生的多余力矩,惯性力矩的影响相对较小.

2) 对于强迫流量,加载系统可以通过主动控制将其影响减小到理想的误差范围内.

3) 摩擦力矩影响了系统的动态控制品质,在加载通道起始和换向运动阶段,摩擦力矩几乎主导系统的多余力矩;摩擦力矩的存在使多余力矩产生突变现象,这一点对舵机的加载是不利的;舵机通道存在的摩擦力矩会影响加载通道控制输出的滞后,同时增大了加载系统的多余力矩.因此减小加载通道的控制输出的相对滞后以及改变或改善摩擦力矩产生的突变现象是摩擦力矩补偿研究的方向.

文章信息

Wei Qiong, Wu Shuai, Jiao Zongxia, Yu Hao

Extraneous torque analysis of pneumatic load simulator

Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronsutics, 2014, 40(9): 1213-1218.
http://dx.doi.org/10.13700/j.bh.1001-5965.2013.0553