飞行模拟转台伺服系统模糊滑模控制器设计_

摘要:本文针对飞行模拟转台位笠伺服系统中存在的非线性摩擦环节，设计了一种补偿摩擦的模糊滑模变结构控制器。在常规的滑模变结构控制

中引入模糊控制，采用模糊推理来调节切换控制的幅度，实现了高精度的位置跟踪，提高了控制系统的香棒性。通过MA丁LAB仿真，结果表明该

控制器有效地抑制了摩擦力矩的影响，使控制性能得到了极大的改善。
关健词:转台伺服系统;滑模控制;模糊按制;摩擦
摩擦存在于所有的运动中，特别是对高性能伺服系统的影响尤为突出。对于转台伺服系统来说，摩擦是影响系统低速性能的重要因素，会造成

位置跟踪出现“平顶”和速度跟踪出现“死区”现象，造成较大的稳态误差，使系统产生爬行、震荡，降低了位置跟踪精度，很难用传统的控

制方法达到高精度控制〔l〕。因此，深入分析摩擦对转台伺服系统低速特性的影响并加以消除，对提高转台伺服系统的性能有着积极的作用。

目前，很多控制技术都用来减轻机械伺服系统中摩擦环节引起的不良影响，例如自适应控制、观测器技术、神经网络、滑模控制等。但在实际
中，很难对摩擦建立精确的数学模型，补偿摩擦力矩的影响的效果不理想。
本文针对具有较大非线性摩擦影响的三轴转台伺服系统，提出一种新的补偿摩擦力的方法，将模糊控制和滑模控制相结合，通过模糊控制器的

设计，对滑模切换控制的方向和幅值进行实时的调整，设计一种模糊滑模控制器来补偿摩擦。
1飞行摸拟转台饲服系统棋型与魔擦棋型
1.1系统模型
我们考虑一个三轴转台伺服系统，转台控制系统是由三个独立的通道组成，控制结构基本相同，其任意框的模型在正常情况下可简化为线性二

阶环节的系统，在低速情况下具有较强的摩擦现象，此时控制对象就变为非线性。该系统采用直流电机驱动，忽略电枢电感，电流环和速度环

为开环，系统结构如图1所示。

2摸栩滑.控制器的设计
2.1模糊滑模控制的基本思想
本文采用模糊滑模控制策略，控制量的形式如下:
U=U。，+U:(5)
式中，U、是滑模等效控制部分，U:则是由模糊控制实现的滑模切换控制。
2.2滑模变结构控制的基本原理
滑模变结构控制是一种特殊的控制策略，在滑模变结构控制中，可以利用高速的开关控制来改变系统的结构，从而迫使系统状态轨迹趋于一条

特定的、由设计者设计的曲面(切换面)、并在后来的时间内使系统的状态轨迹维持在此曲面上，在滑动模态下运动〔2)。当系统在滑动模态时

，s(x)=0，只决定于所选的切换函数s，而和系统的方程无关，也即和系统的摄动和外干扰无关。因而系统在滑动模态有很好的鲁棒性。这样，

通过对开关面的合理设计，可以使得系统有较好的特性。
2.3滑模控制器的设计
设xd为系统期望的位置跟踪轨迹，xt为系统实际输出轨迹。令e=孔一x:为系统位置跟踪误差，对于二阶系统，滑模线方程s(e，t)=0定义为:
S=ce+c
式中，c为正常数。
2.4模糊控制器的设计
对于系统的相平面(e，句而言，s是滑模线，云是系统的运动相点趋向滑模线的速度。由于系统相点的轨迹通过滑模线时的速度云直接影响抖振

的幅值，速度过大将导致较大的幅值的抖振。因此在相点接近滑模线时，应尽量减小切换控制的幅值，以减小相点穿越滑模线时的速度:而在离
滑模线较远的地方则应保持较大的切换控制的幅值，以保证滑模到达条件s云<0和系统的快速性。采用二维模糊控制器，设模糊控制器的输入是

S和云，通过模糊控制器的输出得到滑模切换控制。
3仿真与分析
仿真主要观察了系统位置和速度输出曲线，并与PID控制方法进行了比较。从图中可以看出，本文采用的模糊滑模控制方法的控制精度比常规的

PID控制大大提高，有效地抑制了摩擦。
4结论
本文在分析了摩擦模型及对转台伺服系统的影响的基础上设计了补偿摩擦的一种模糊滑模控制器。仿真结果明，该控制器削弱了滑模切换时产

生的剧烈抖振，有效抑制了摩擦，使跟踪精度大大提高，鲁棒性强，使控制能得到了极大的改善。
5致谢
感谢本文研究工作得到四川省科技厅应用研究基金题(o7JYo29一027)基金的部分资助。

文章来自：滑模机械网

文章作者：信息一部

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