Разработка концепции стенда для создания имитационной модели гидравлического сервопривода для нагружения подвижного звена

М Р Королева; С А Шишкин

doi:10.22213/2410-9304-2026-3-4-11

Авторы

М. Р. Королева ИжГТУ имени М. Т. Калашникова; Удмуртский федеральный исследовательский центр УрО РАН
С. А. Шишкин ИжГТУ имени М. Т. Калашникова; НПО «Гидросистемы»

DOI:

https://doi.org/10.22213/2410-9304-2026-3-4-11

Ключевые слова:

силовой гидравлический сервопривод, стенд, нагружение подвижного звена, качество слежения, имитационная модель

Аннотация

Работа посвящена разработке концепции экспериментального стенда для имитации работы элементов гидравлического сервопривода для нагружения подвижного звена на основе силовой целевой функции управления, называемого силовым гидравлическим сервоприводом или электрогидравлическим имитатором нагрузки. Рассматриваются такого рода гидравлические сервоприводы, область применения которых состоит в нагружении подвижных объектов высокой жесткости, в частности в стендовых испытаниях позиционных сервоприводов при испытаниях систем запуска ракет, рулевых приводов ракетной техники, корабельных приводов, авиационных рулевых приводов. Экспериментальный стенд разрабатывается в рамках создания имитационной модели гидравлической системы для предварительной оценки новых способов управления и работы гидравлических сервоприводов и оптимизации параметров систем без изготовления реальных прототипов. В работе определены критерии качества слежения, ключевые особенности имитационной модели применительно к разрабатываемому гидравлическому сервоприводу. Представлена структурная схема гидравлического сервопривода и его основные технические характеристики. Разработана принципиальная гидравлическая схема, включающая схему сервопривода нагружения совместно с имитатором объекта испытания, схему насосной станции сервопривода нагружения и схему насосной станции имитатора объекта испытания. Описаны дополнительные конструктивные требования к стенду, необходимые для отладки, валидации и верификации имитационной модели. Предлагаемые в работе технические решения обеспечивают экспериментальную работу со всеми требуемыми переменными данными, а именно: расход и давление (скорость и сила), гидростатические подшипники, утечки по поршню, сервоклапаны. Разрабатываемый стенд также пригоден для проведения ресурсных испытаний и демонстрации в условиях, близких к реальным, разрабатываемых пропорциональных гидрораспределителей (сервоклапанов) с непосредственным управлением.

Биографии авторов

М. Р. Королева, ИжГТУ имени М. Т. Калашникова; Удмуртский федеральный исследовательский центр УрО РАН

кандидат физико-математических наук, доцент

С. А. Шишкин, ИжГТУ имени М. Т. Калашникова; НПО «Гидросистемы»

аспирант

Библиографические ссылки

Бесекерский В. А., Попов Е. П. Теория систем автоматического регулирования. М. : Наука, Главная редакция физико-математической литературы, 1975. 768 с.

Иванов Ю. В. Обеспечение наибольшего быстродействия координатных систем технологических автоматов сборки электронных модулей в роботизированном комплексе ГАСК многономенклатурного производства // Современные технологии сборки. 2019. Т. 20, № 4. С. 151-160.

Анализ работы гидравлического манипулятора лесной машины с цикловой системой управления / Е. Н. Власов, А. В. Сергеевичев, Ю. А. Добрынин, В. В. Сергеевичев // Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. 2022. № 238. С. 99-112.

Матросов А.В. Анализ режимов многомашинного электрогидравлического привода затвора гидротурбины // Энергетика и электротехника. 2016. № 1 (238). С. 19-27. DOI: 10.5862/JEST.238.2.

Берденников А. А., Громов В. И. Моделирование изменения скорости перемещения гидравлического сервопривода // Системы управления и обработки информации. 2021. № 2 (53). С. 5-15.

Петров П. В., Целищев В. А., Кудерко Д. А. Основные подходы и особенности проектирования гидромеханических систем управления самолета // Вестник Самарского университета. Аэрокосмическая техника, технологии и машиностроение. 2024. Т. 23. № 1. С. 67-79. DOI: 10.18287/2541-7533-2024-23-1-67-79.

Чулков М. В. Имитационное моделирование автономного гидропривода, адаптивного к внешней нагрузке // Инженерный журнал: наука и инновации. 2024. № 1 (145). С. 1-15.

Jinsong Zhao, Gang Shen, Weidong Zhu, Chifu Yang, Sunil K Agrawa. Force tracking control of an electro-hydraulic control loading system on a flight simulator using inverse model control and a damping compensator // Transactions of the Institute of Measurement and Control. 2016. № 40. P. 1-13. DOI: 10.1177/0142331216651326.

Lukas Bachmann, Paul Remde, Jürgen Weber.Design of a Cartesian Hybrid Force-Position Controller for a Hydraulic Manipulator// Advancements in Fluid Power Technology: Sustainability, Electrification, and Digitalization.GFPS 2024.-Springer,2025. P. 109-126. DOI: 10.1007/978-3-031-84505-5_8.

Zanwei Chen, Hao Yan, Peng Zhang, Jiefeng Shan, Jiafeng Li. Adaptive NN force loading control of electro-hydraulic load simulator // Actuators. 2024. № 13, 471. P. 1-14. DOI: 10.3390/act13120471.

Dinh Quang Truong, Kyoung Kwan Ahn. Force control for hydraulic load simulator using self-tuning grey predictor - fuzzy PID // Mechatronics. 2009. № 19. P. 233-246. DOI: 10.1016/j.mechatronics.2008.07.007.

Xiang Li, Zhen-Cai Zhu, Guang-Chao Rui, Dong Cheng, Gang Shen, Yu Tang. Force Loading Tracking Control of an Electro-Hydraulic Actuator Based on a Nonlinear Adaptive Fuzzy Backstepping Control Scheme // Symmetry. 2018. № 10, 155. P. 2-21. DOI: 10.3390/sym10050155.

Shuo Kang, RyozoNagamune, Hao Yan. Almost disturbance decoupling force control for the electro-hydraulic load simulator with mechanical backlash // Mechanical Systems and Signal Processing. 2020. № 135. P. 1-29. DOI: 10.1016/j.ymssp.2019.106400.

Yingna Zhao, Cheng Qiu, Jing Huang, Qifan Tan, Shuo Sun, Zheng Gong.Terminal Sliding Mode Force Control Based on Modified FastDouble-Power Reaching Law for Aerospace Electro-HydraulicLoad Simulator of Large Loads// Actuators. 2024. № 13, 145. P. 1-27. DOI: 10.3390/act13040145.

Alessandro Dell’Amico.Design and Implementation of a Hardware-in-the-Loop AirLoad Simulation System for Testing Aerospace Actuators// Actuators. 2024. № 13,238. P. 1-25. DOI: 10.3390/act13070238.

Mukesh Prasad, K.V. Gangadharan. Aileron endurance test rig design based on high fidelity mathematical modeling // CEAS Aeronautical Journal. 2017. № 8. P. 653-671. DOI: 10.1007/s13272-017-0267-y.

Meng Fanliang, Yan Hao, Christian Haas, Katharina Schmitz. Robust backstepping control via tracking differentiator for electro-hydraulic load simulator based on velocity synchronization // Control Engineering Practice. 2025. № 158. P. 1-16. DOI: 10.1016/j.conengprac.2025.106279.

Kaixian Ba, Yuan Wang, Xiaolong He, Chunyu Wang, Bin Yu, Yaliang Liu, Xiangdong Kong.Force Compensation Control for Electro Hydraulic Servo System with Pump - Valve Compound Drive viaQFT-DTOC // Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2024. № 37:27. P. 1-19. DOI: 10.1186/s10033-023-00988-1.

He Hao,HaoYan. The pressure control of independent load port electro-hydraulic load simulation system using fixed time integral slidingmode active disturbance rejection// Scientific Reports. 2024. № 14:29064. P. 1-18. DOI: 10.1038/s41598-024-80637-2.