导弹电液伺服机构的自适应模糊滑模跟踪控制
摘 要: 针对导弹电液伺服机构的跟踪控制问题,提出了一种自适应模糊滑模的设计方案。使用具有参数在线调节的自适应模糊控制,逼近滑模控制中的等效控制部分,并确定非线性控制项以保证系统的稳定性。根据滑模控制原理给出四条模糊规则,以平滑不连续控制,达到削弱抖振的目的。仿真结果表明了该方案的有效性。
引言
导弹电液伺服机构是导弹控制系统中不可缺少的组成部分,它的性能往往严重影响到导弹的控制精度,甚至决定飞行的成败[1]。导弹飞行过程中,电液伺服机构的参数会随着环境条件的变化而发生变化,而且电液伺服机构还需克服摆动喷管的各种负载力矩的影响,因此使电液伺服机构具有小阻尼、时变性和非线性等特点[2]。经典控制方法较难使电液伺服机构获得优良的动态特性和稳态品质。由于滑模变结构控制可以通过控制器结构的不断调整和变化,有效地控制具有参数变化和外部扰动的被控制对象[3-4],这与具有不定性(包括参数变化,外部扰动与非线性)导弹电液伺服机构的控制要求是一致的,因此本文将滑模变结构控制引入到导弹电液伺服机构控制中。但常规滑模变结构控制中用于处理不确定项的切换控制将使系统产生抖振现象[5]。文献[6-8]曾引入模糊理论来消除抖振,但是,建立精确的模糊规则有一定的难度,设计中离不开参数的反复选择。而且信息是静态的,不具有自适应能力,难以有效地处理系统中的不确定性及干扰对系统的影响。为此本文针对导弹电液伺服机构的跟踪控制问题,提出一种自适应模糊滑模的设计方案,用自适应模糊控制逼近滑模控制中的等效控制,解决由于不确定性及干扰的存在而不能准确确定等效控制的问题。利用Lyapunov稳定理论推导非线性控制项,确保系统的稳定性。根据滑模控制原理给出四条模糊规则,以平滑不连续控制,达到削弱抖振的目的,使系统具有较好的动态响应性能、较小的稳态控制精度和强的鲁棒性。
为了方便比较,在同样参数变化和外负载力条件下,利用Matlab软件分别采用自适应模糊滑模控制和常规滑模变结构控制对该系统进行了仿真。仿真效果如图2~图6所示。常规滑模变结构控制的仿真过程见文献[12]。常规变结构控制和自适应模糊滑模控制的系统位移跟踪特性曲线如图2所示,图3为图2的区域放大。常规滑模变结构控制和自适应模糊滑模控制的系统位移跟踪误差曲线如图4所示,图5为图4的区域放大。从图3和图5可以看出,常规滑模变结构控制的跟踪误差曲线在零点附近产生抖动现象,增加了稳态误差。而在自适应模糊滑模控制下,抖动现象消除,并具有较小的稳态控制精度。这主要在于参数的在线调节可有效处理系统的不确定性。常规滑模变结构控制及自适应模糊滑模控制信号曲线如图6所示,同样可以看出自适应模糊滑模控制有效地削弱滑模切换控制所产生的抖振。
4 结论
本文针对导弹电液伺服机构的跟踪控制问题,提出了一种自适应模糊滑模的设计方案。使用具有参数在线调节的自适应模糊控制,以精确地逼近滑模控制中的等效控制部分,这样就可以不依赖于被控对象的精确数学模型。在非线性控制项计算中,仅需要f(x)和干扰d的上界及g的下界,这比以前滑模控制需要不确定性及干扰的全部上下界的要求低。根据滑模控制原理给出四条模糊规则,以平滑不连续控制,达到削弱抖振的目的。仿真表明,该方案对于参数扰动及负载干扰,具有较好的动态响应性能、较小的稳态控制精度和强的鲁棒性。
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