摘要:针对某型鱼雷尾舵电液位置伺服系统存在参数不确定性和干扰的问题,设计了一种新型的积分滑模自适应变结构控制器,实现了在变工况下对系统的良好跟踪控制。仿真结果表明,该方法控制精度高,鲁棒性强,有效提高了系统的控制性能。
关键词:电液位置伺服系统;非线性系统;积分滑模自适应控制
电液伺服系统控制精度高,控制功率大,响应快速,在舰艇机械中获得了广泛应用。如舵机、减摇鳍、舰炮随动系统等。由于电液伺服系统是一个典型的非线性系统,其中的某些系统参数是不确定的,如体积弹性模量βe、阻尼系数Bc等,某些参数甚至是不断变化的,如负载扰动f、泄漏系数Ct等。这些不确定性使得基于古典控制理论,利用校正、极点配置、PID控制等传统方法一般很难获得满意的控制效果,更无法处理系统的不确定性和非线性[1]。滑模变结构控制因其优良的抗干扰特点,为这类不确定非线性系统提供了有效的方法[4]。本文采用一种新型的积分滑模自适应控制算法,不仅实现了某型鱼雷尾舵电液伺服系统的零、极点任意配置,还避免了普通滑模控制算法需要假设被跟踪信号高阶导数已知的前提,仿真实验表明,积分滑模自适应控制方法不仅控制精度高,而且具有较强的鲁棒性。
电液伺服系统是一个典型的非线性时变系统。在系统工作过程中,油液弹性模量,油液粘度会随工况变化,伺服阀会发生磨损,零点漂移,疲劳老化;伺服阀流量压力的非线性,间隙非线性,摩擦非线性负载特性的变化,如惯性负载、粘性负载和弹性负载的变化等。这些都会对系统控制性能造成影响,一个好的控制器除了具有在理想工况下的良好动、静态指标外,还应具有强的鲁棒性能。
本文对电液位置伺服系统的积分滑模控制算法进行了研究,比较了PID控制和自适应滑模控制的控制性能,结果表明:
(1)积分滑模自适应控制具有良好的控制性能及较强的鲁棒性。
(2)由于积分滑模自适应控制的的优良控制性能是以输出的高功率,快变化的控制信号为代价而获得的。因此在设计控制器时要综合考虑各项指标,选择合理的滑模面,如果一味追求高指标,设计出来的控制器可能由于输出信号太高,变化过于频繁使得伺服阀满足不了要求,而选择的滑模面如果一般,可能使所设计的控制器过于保守。
(3)通过对系统参数变化的仿真表明,对跟踪误差影响最大的是负载扰动,对于变负载工况, PID控制不能满足要求;降低系统泄漏对提高系统响应速度,减小跟踪误差,有很大益处。增加油液弹性模量可以减小系统建压时间,提高系统响应速度。
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