滑模控制改善液压仿真转台低速性能
摘要:针对液压转台中普遍存在的低速不平滑现象,以某半实物仿真转台为对象,设计了滑模变结构控制器,通过在控制器中引入变速趋近律和饱和函数型切换,较好地解决了变结构系统在到达段和滑动段的动态品质问题。仿真验证表明系统具有良好的低速性、鲁棒性和控制精度。
仿真转台是空中武器研制过程中模拟飞行器飞行姿态的重要试验设备,转台的低速性能是评价其整体性能好坏的一项重要指标。在导弹制导回路半实物仿真试验中,如果转台随动系统在低速运动时出现跳动现象,将使装在弹体内的角速度敏感部件感受到一个幅值较大的脉冲式变化信号,该信号经放大后,便会驱动驾驶仪的执行元件跳动式的工作,致使导弹不能准确地跟踪目标,影响系统仿真精度,甚至导致整个飞行模拟试验无法正常进行。所以,半实物仿真转台的低速性问题一直是仿真器研究领域亟待解决的课题之一。本文以某半实物仿真五轴试验台为对象,就伺服系统普遍存在的低速问题展开分析。
1 未校正系统的建模及仿真分析
该仿真转台是一个典型的随动系统,其中感兴趣的航向通道是具有速度反馈和前馈控制的电液位置伺服系统。针对伺服系统产生低速爬行的原因,多年来,国内外不少学者都进行过程度不同的研究,结论也基本比较一致,即认为引起低速爬行现象的主要因素,是机构中存在着的以摩擦为主的非线性干扰,并且在液压伺服系统中,除了输出轴上的干摩擦以外,伺服阀的分辨率误差和液压马达的摩擦特性,也都会对系统的低速性产生不同程度的影响。
因为对实际转台来说,轴承的摩擦和液压马达的摩擦很难区分开来,在忽略传动轴弹性的情况下,可以将其一并考虑。这样既方便实际数据的测量,也可减轻后面数字仿真的工作量。基于此,我们建立了转台航向通道包含伺服阀分辨率误差(属于游隙非线性)和输出轴摩擦非线性环节的控制系统数学模型(模型详细推导过程从略),综合后的模型如图1所示。
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