精度電動(dòng)舵機(jī)模糊自適應(yīng)控制器設(shè)計(jì)

1、第1期張曉峰度電動(dòng)舵機(jī)模糊自適應(yīng)控制器設(shè)計(jì) 31 彈箭與制導(dǎo)學(xué)報(bào)Journal of Projectiles 收 WBW：2009-10-13作者簡介：張曉峰（1979）.男河南鶴望人博士研究生研究方向，飛行器制異控鶴與仿真. Rockets Missiles and Guidance高精度電動(dòng)舵機(jī)模糊自適應(yīng)控制器設(shè)計(jì).張曉峰1,楊 軍】，祝小平21西北工業(yè)大學(xué)就天學(xué)陝西安 710072.fT,為折算到電機(jī) 軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩（干擾力矩八八為加速轉(zhuǎn)矩，Tb = Jg 警九口為折算到電機(jī)轉(zhuǎn)軸總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣Uges =丿+丿細(xì)Jm為電機(jī)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jw為折算到 電機(jī)轉(zhuǎn)軸上外部轉(zhuǎn)動(dòng)慣衆(zhòng)聯(lián)立電壓平衡方程和轉(zhuǎn)矩

2、平衡方程有：U.-K （層 + 舒將）+L. d7 . LJges7gT + _k對上式拉式變換，可得輸入電壓到電機(jī)轉(zhuǎn)軸角速 率的傳遞函數(shù)：s（$）N1/KeU （L./R.）（）? +1化成標(biāo)準(zhǔn)二階傳遞函數(shù)形式：=KmUM _琮$ + 2乙冗$+1忽略轉(zhuǎn)動(dòng)間隙和機(jī)械限位，滾珠絲杠和撥桿的待 性為芝箸 =K（常數(shù)）可得舵機(jī)輸人電壓到舵偏角 的傳遞函數(shù)：*$） NK；u.（c 北 c+Xs+i）2模糊自適應(yīng)控制器設(shè)計(jì)基本模糊控制系統(tǒng)包括模糊化處理、模糊推理和 清晰化控制3個(gè)環(huán)節(jié)，模糊控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)如圖 2所示2.1 模糊化模糊化處理就是將模糊控制器輸入爲(wèi)的確定值 轉(zhuǎn)換為相應(yīng)模糊語言變最值的過

3、程，此相應(yīng)語言變量 值均由對應(yīng)的隸屬度來定義通過這樣一個(gè)把輸入變 最映射到合適的響應(yīng)論域11程的過程精確的輸入數(shù) 據(jù)就變換成適當(dāng)?shù)恼Z言值或模糊集合的標(biāo)識(shí)符。文中 的模糊控制器采用誤差及其變化作為輸入語曹變量 為了保證屁系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，文中采用5個(gè)語 言變量值NBNS,ZE,PS,PB,描述輸入、輸出的 變最的詞匯都具有模糊特性可用模糊集合來表示。 因此，模糊概念的確定問題就直接轉(zhuǎn)化為求模糊幾何 隸屬函數(shù)的問題。文中隸屈度函數(shù)曲線取高斯型曲 線。圖3與圖4分別為控制器參數(shù)Kp兩個(gè)輸入的隸屬 度函數(shù)曲線，其誤差的論域-10,10,誤望變化的論 域?yàn)?350,350.圖中：細(xì)實(shí)線表示負(fù)大虛線表

4、示 負(fù)小點(diǎn)線表示零點(diǎn)實(shí)線表示正大粗實(shí)線表示正圖3 沒差的隸厲圖4 謀差變化的隸度函數(shù)曲線廣度礦數(shù)曲線2.2 模糊推理模糊控制是模仿人腦思維的一種控制方法在模 糊控制中,通常用一組語盲描述的規(guī)則來表示專家的 知識(shí).模糊控制規(guī)則的確定如下：1）當(dāng)偏差E很大且EC也較大時(shí)為使系統(tǒng)具有 較好的快速跟蹤性能應(yīng)該取大一些，而為避免造 32彈箭與制導(dǎo)學(xué)報(bào)M 30*成微分溢出.Kd應(yīng)取小一些，同時(shí)為避免系統(tǒng)超調(diào). 應(yīng)對積分作用加以限制；2) 當(dāng)便差E為中等大小且EC也為中等大小時(shí), 為減小系統(tǒng)超調(diào)K.應(yīng)減小$這時(shí),K.的取值對系統(tǒng) 的影響較大：3) 當(dāng)倔差較小時(shí)為防止超調(diào)過大產(chǎn)生振蕩應(yīng)減?。痪C合考慮系貌的抗干

5、擾能力和系統(tǒng)響應(yīng)速 度應(yīng)使K,適當(dāng)取值.其中E、EC和C均為語宜變量,E和EC為輸入 JI.C為控制量NB、NS、ZE、PS、PB是語音變iftE、 EC和C在其論域上的語官變量值，所有規(guī)則組合在 一起構(gòu)成了規(guī)則庫表1為控制器參數(shù)Kp的模糊規(guī)則表.3仿真研究PD控制広可以看岀.圖6舵催角指令為5吋圖7舵偏角指令為KT在考慮舵系統(tǒng)靜摩援力矩影響、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)間隙以 及鐵鏈力矩形響的情況下，分別在5舵偏角指令和 10。舵偏角指令時(shí)對比傳統(tǒng)FD控制和模糊自迢應(yīng)32彈箭與制導(dǎo)學(xué)報(bào)M 30*NBNSZEPSPBNBNBNBPBNSNSNSNBNBPBNSNS的變化ZENBNSPBNSPBECPSNSNSNS

6、PBPBPBNSNSPBPBPB俁菱E圖5 控制器系統(tǒng)的階躍響應(yīng)時(shí)系疵的階躍響應(yīng)2.3 演晰化清晰化實(shí)際上就是一個(gè)從模糊控制作用空間到 精確控制作用空間的映射，即解模糊判決判決的方 法很多，較常用的有最大隸屬度法;2取中位法； 3)加權(quán)平均法文中采用了加權(quán)平均 的方法，加權(quán)平均法即所謂 的重心法，它針對論域中的 每個(gè)元素，以它作為待判決 的輸出模糊集合的隸屬度 的加權(quán)系數(shù).該方法既突 岀了主要信息，又兼顧了其 它的信息所以顯得較為貼 近實(shí)際情況從而應(yīng)用較為廣泛圖5為模糊控制器輸出的隸屬度函數(shù)曲線.其 中細(xì)實(shí)線表示負(fù)大，虛線表示負(fù)小點(diǎn)線表示零點(diǎn) 實(shí)線表示正大粗實(shí)線表示正大.4結(jié)論文中提出了一種關(guān)

7、于導(dǎo)彈電動(dòng)舵機(jī)采用模糊PD 控制方法的控制方式，此方法通過誤差和變化來對電 動(dòng)舵機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)參，使舵機(jī)在線性模型和 非線性模更均具有較快的響應(yīng)速度，驗(yàn)證了模糊PD 控制方法的工程可行性與傳統(tǒng)PD控制方法比較 來看，它具有良好的穩(wěn)定性、快速性和控制精度.仿 真結(jié)果表明該控制系統(tǒng)是有效可行的.簽考文th11 Kwon H D Burdekin M. Adjustment of CNC machine tool controller setting values by an experimental method j International Journal of Machine Tool

8、s and Manufacture. 1998 38(9),1945 - 1O652 SJ Huang and K S Huang. Adaptive fuzzy sliding model controller o( servomechanism disturbance rejection J . IEEE Tmas and.Electron*2001 *48(4) ：84S852.3 Chen Guanrong.Hao Ying Stability analysis of nonlinear PI control systemsCCJ/IEEE IFIS 1993 Third Intern

9、ationa! Conference 1993:128 133.4 JJ東曉賈15彥.棋期控制的現(xiàn)狀與發(fā)展J自動(dòng)化與 儀器儀表2006(6),4-7.5張化光何希動(dòng)模糊目適應(yīng)控制理論及其應(yīng)用M 北 京，北京航空航天大學(xué)出版社.2002,32彈箭與制導(dǎo)學(xué)報(bào)M 30*高精度電動(dòng)舵機(jī)模糊自適應(yīng)控制器設(shè)計(jì)作者：張曉峰， 楊軍， 祝小平，ZHANG Xiaofeng, YANG Jun ZHU Xiaoping作者單位：張曉峰，楊軍ZHANG Xiaofeng,YANG Ji西北工業(yè)大學(xué)航天學(xué)院西安,710072），祝小平,ZHU Xiaoping（西北工業(yè)大學(xué)航天學(xué)院西安,710072;西北工業(yè)大學(xué)無

10、人機(jī)研究所西安,710072）刊名：彈箭與制導(dǎo)學(xué)報(bào)PKU英文刊名：JOURNAL OF PROJECTILES, ROCKETS, MISSILES AND GUIDANCE年，卷（期）: 被引用次數(shù)：201Q 30(1)0次參考文獻(xiàn)（5條）1. Kwon H D Burdekin M Adjustment of CNC machine tool controller setting values by an experimentalmethod 1998(9)2. SJ Huang K S Huang Adaptive fuzzy sliding model controller of servomechanism disturbance rejection2001(4)3. Chen Guanrong. Hao Ying Stability analysis of nonlinear PI contro