于振中 周 枫

（江南大学物联网工程学院 无锡 214122）

1 引言

电动负载模拟器是一种被动式力伺服系统［1］，广泛应用于减速器的性能检测等方面。当加载电机的加载指令为零时，由于惯性、控制滞后等因素的影响，驱动电机的运动会在传动轴上产生多余力矩［2］，多余力矩会大大增加电动负载模拟器的控制误差。

现有多余力矩消除方法主要有结构法和控制法［3］。结构法通过改变驱动电机和加载电机之间的连接刚度来抑制多余力矩，例如增加弹簧杆［4］、蓄压器等，但存在抑制效果不佳，对安装精度要求较高等缺点。控制法利用算法对多余力矩进行补偿消除，目前在工程上使用较多的是利用结构不变性原理抑制多余力矩。王修岩等［5］在系统中加入了多路补偿来提高加载精度，并设计了电动加载实验装置，验证此方法的有效性。文献［6］设计了基于力矩加载指令和加载电机速度的前馈控制器来消除扰动。上述方法能够在一定程度上减小多余力矩，但是由于力矩加载系统是一个复杂且参数时变的非线性系统，难以准确建模，因此该方法只能近似补偿。

本文在前馈补偿的基础上加入蚁群优化算法，通过对PID 控制器参数进行寻优，在一定程度上解决了普通PID 控制器无法适应系统非线性变化的问题。最后通过Matlab仿真对比实验，验证此方法在多余力矩抑制上的有效性和优越性。

2 基于前馈补偿的力矩加载系统数学模型

图1 是电动负载模拟器结构图，其由力矩加载系统和驱动系统两部分组成。……