基于模糊自学习的导弹电液伺服机构滑模跟踪控制
[摘 要] 针对导弹电液伺服机构的跟踪控制问题,设计了一种基于模糊自学习的滑模控制方案.在常规的滑模变结构控制中引入模糊自学习方法,有效地削弱滑模切换控制所产生的抖振.同时系统具有良好的跟踪性能,提高了电液伺服机构的跟踪精度.仿真比较结果验证了该控制方案的有效性.
1 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,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,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,并且抖振的幅度与系统参数变化的范围及外部扰动的幅值成比例关系.常见的削弱抖振的方法是用连续的饱和非线性控制代替切换控制,使不连续切换控制光滑化.然而系统的稳定性只有在临界层的外面才能得到保证[3].文献[4]曾引人模糊理论来消除抖振,但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,设计一种基于模糊自学习的滑模变结构控制方案,削弱了系统的抖振,并使系统具有良好的跟踪精度.
2 问题分析
某导弹电液伺服机构为典型的电液位置伺服系统.其控制回路由数字控制器[1]、伺服放大器、电液伺服阀、作动器和反馈电位器组成.如图1所示.数字控制器接收弹载计算机的指令δc(输入),与实际位置间的误差求解,计算控制律,加至伺服放大器,控制驱动电液伺服阀,作动器直接将电液伺服阀输出的液压能转换成机械能,控制活塞杆位移,达到控制负载喷管摆动δ的目的.本文的导弹电液伺服机构建模忽略了系统中电液伺服阀的动态特性,结构变形、油泵动态和蓄能器的影响等,可得描述导弹电液伺服机构的基本方程[2]:
为了方便比较,在同样参数变化和负载力矩条件下,对常规滑模变结构控制进行了仿真[7].常规滑模变结构控制和基于模糊自学习的滑模变结构控制的系统位移跟踪误差曲线如图3所示,图4为图3的区域放大.从图4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.而在常规滑模变结构控制的基础上引入模糊自学习,抖动现象基本消除,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总的不确定性,并光滑了常规滑模变结构控制中的不连续控制.常规滑模变结构控制及基于模糊自学习的滑模变结构控制信号曲线如图5,图6所示,同样可以看出基于模糊自学习的滑模变结构控制有效地削弱滑模切换控制所产生的抖振.
6 结束语
本文针对导弹电液伺服机构的跟踪控制问题,首先给出了常规滑模变结构控制方案,在分析常规滑模变结构控制存在抖振的原因之后,提出了一种基于模糊自学习的滑模变结构控制方案.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,并且能够有效地削弱滑模切换控制所产生的抖振.由于本文给出的控制策略是在假设状态均可测的前提下设计的,但在实际应用中,仅有位置信息可测.因此考虑状态不完全可测情况下的控制策略设计将成为作者下一步的研究方向.
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