基于H∞控制理論的電動負載模擬器多余力矩抑制

朱光華 ，韓 山 ，閔 斌，余祖鑄

（1.上海航天技術研究院，上海 201109；2.上海航天控制技術研究所，上海 200233）

0 引言

負載模擬器是用于仿真飛行器在飛行過程中其舵機所受空氣動力力矩的地面實驗設備，是典型的被動式力伺服系統。隨著國防和工業的發展，對其性能指標的要求越來越高。動態加載過程中，由舵機運動引起的多余力矩會嚴重影響系統的加載精度，也會使系統的穩定性變壞、頻寬變窄、加載靈敏度降低。因此，克服多余力矩是設計負載模擬器、改善系統控制性能的關鍵［1－3］。CKJ－20控制艙負載臺的電動負載模擬器可在動態過程中對控制艙電動舵機施加負載力矩。它由被測產品固定裝置、測量裝置和加載裝置組成，其中控制艙為被測試產品。彈性加載通過彈性扭桿實現，常值加載（恒力矩加載）通過控制加載電機實現。本文以CKJ－20控制艙負載臺的電動負載模擬器為研究對象，應用H∞控制理論抑制多余力矩，對系統建模、頻響辨識和控制器設計等進行了研究。

1 系統建模與頻響辨識

本文中，根據設計指標，主要對控制艙負載臺進行恒力矩加載測試，即舵機的常值力矩輸出。具體來說，是在舵偏角范圍（－25°～＋25°）內，舵偏速度為任意角速度（0～2 000（°）／s）時，可將大小1～7N·m、精度0.5N·m的恒值力矩加載于舵回轉軸。力矩波動誤差不大于0.5N·m，兩側加載對稱性偏差不大于3%，連續工作時間不小于2h。該設計指標是根據吹風實驗提出的。實驗發現：與傳統彈性負載不同，當該導彈的舵面發生偏轉時，所受的干擾力矩與舵偏角表現為較嚴重的非線性。……