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电动舵伺服系统变论域模糊控制策略的设计与实现

梅琦  
【摘要】:弹上舵伺服系统是导弹飞行控制系统的重要组成部分,其工作时在动态响应、快速性和鲁棒性上都有较高的要求。传统的模拟式舵机控制器结构简单,但同时也限制了先进控制策略的应用,系统的综合性能不高。直流无刷电机以其体积小、功率大、控制方便灵活的特点在舵伺服系统的应用中显示出独有的优越性。本文根据基于直流无刷电机的舵伺服系统的工作特点,采用变论域的模糊控制策略设计并实现了一种数字式的舵机控制器,从而提高了舵系统的控制品质。 本文简要分析了舵伺服系统的构成和工作特点,根据系统的性能要求,提出并完成了一种以DSP和FPGA为中央控制单元的舵机控制器。从而增加了系统资源,便于先进控制算法的实现,同时也增强了控制系统的灵活性、快速性和可靠性。 在控制策略上,本文基于位置-电流双环控制结构对传统的PID算法进行了改进。在位置环提出了一种基于伸缩因子的变论域模糊PID控制策略,从而很好地解决了常规PID控制在快速性与平稳性之间的矛盾以及定论域模糊控制由于系统在工作时的误差和误差变化率变化范围较大所造成的控制规则数和控制精度之间的矛盾,提高了系统的动态性能和稳态精度。 本文基于直流无刷电机的结构参数,分析了单路舵机伺服系统的系统稳定性和动态性能。并且在Matlab的Simulink环境下进行了系统建模。通过对模型的仿真,分析比较了双环和三环控制结构的特性并且在双环结构的基础上对定参数PID控制、定论域模糊控制和基于伸缩因子的变论域模糊控制三种控制策略的系统响应特性和控制效果进行了分析研究,仿真结果为实际系统中的调试提供了指导和依据。最后将所设计的控制器应用于实际的舵伺服系统中,在舵机空载和带载的情况下对系统的响应进行了实测调试,并将实测波形和仿真波形进行了对比分析。实验结果表明,采用本文的设计方案可以很好地达到舵机的位置伺服性能和各项控制指标要求。系统在可靠性、实时性、可扩展性以及综合的控制性能等方面都得到了较大的提高。


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