[發明專利]一種采用純模糊與模糊PID復合控制的電動舵機設計方法

有效

• 申請號: 201710242946.2
• 申請日: 2017-04-14
• 公開（公告）號: CN107132761B
• 公開（公告）日: 2020-10-16
• 發明（設計）人: 張友安;雷軍委;劉海峰;孫玉梅;辛濤;趙靜蕾;吳華麗
• 申請（專利權）人: 煙臺南山學院;中國人民解放軍海軍航空工程學院
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04;G05B11/42
• 代理公司: 北京輕創知識產權代理有限公司 11212
• 代理人: 談杰

本發明公開了一種采用純模糊與模糊PID復合控制的電動舵機設計方法，測量舵機的角位置信號進行反饋，與輸入舵機指令進行比較，形成誤差信號；通過誤差的大小不同設計純模糊控制規則庫，實現電動舵機對基本輸入信號的自動跟蹤；通過測量舵機轉動的角速度信號形成誤差的微分項；計算生成誤差積分項，由上述誤差、誤差微分與誤差積分組成PID，并通過誤差與誤差的微分設計PID控制系數的模糊調節規則庫，實現模糊PID控制中控制系數的模糊動態調節；將純模糊控制律與模糊PID控制規律進行復合，以提高電動舵機的快速性，實現對舵機輸入指令的快速跟蹤；本發明的有益效果是比傳統電動舵機方法具有更好的快速響應性。

技術領域

本發明屬于舵機設計與制造技術領域，涉及一種采用純模糊與模糊PID復合控制的電動舵機設計方法。

背景技術

舵機是工業領域應用非常廣泛的部件之一，主要是用作系統的執行機構。如高速飛行的導彈、飛機、無人機，已經水下航行器等，其飛行與運動控制系統中均需要采用舵機作為執行機構，以驅動其控制裝置舵面，從而改變飛行器在空中的運動姿態與方向。采用傳統PID反饋控制方法設計的舵機具有穩定可靠與技術成熟的優點。但隨著科學技術的發展，控制系統對舵機的性能指標要求也越來越高，各種新型算的采用也使得舵機的響應速度越來越快。而舵機的快速性也使得整個飛行器控制系統的品質大大提升。尤其是非線性控制已經神經網絡、模糊控制等智能控制方法的引入，也大大發展與豐富了電機的設計方法。

發明內容

本發明的目的在于提供一種采用純模糊與模糊PID復合控制的電動舵機設計方法，解決了傳統電動舵機不能適應現代控制系統不能達到快速響應的問題。

本發明所采用的技術方案是按照以下步驟進行：

步驟1：測量舵機的角位置信號進行反饋，與輸入舵機指令進行比較，形成誤差信號；

步驟2：通過誤差的大小不同設計純模糊控制規則庫，實現電動舵機對基本輸入信號的自動跟蹤；

步驟3：通過測量舵機轉動的角速度信號形成誤差的微分項；計算生成誤差積分項，由上述誤差、誤差微分與誤差積分組成PID，并通過誤差與誤差的微分設計PID控制系數的模糊調節規則庫，實現模糊PID控制中控制系數的模糊動態調節；

步驟4：將純模糊控制律與模糊PID控制規律進行復合，以提高電動舵機的快速性，實現對舵機輸入指令的快速跟蹤；

步驟5：對電動舵機建模，將步驟一至步驟四所得的控制律，代入所建立的電動舵機模型，通過不斷調整控制參數，并觀察輸出角位置曲線，從而確定最終電動舵機純模糊與模糊PID復合控制方案中的控制參數，使得整個電動舵機系統具有滿意的快速性與動態性能。

進一步，步驟1中，測量舵機角位置信號y與角速度信號并構造誤差信號與誤差微分信號；利用角位置信號y與舵機輸入指令信號r進行反饋比較，得到誤差信號e，e＝r-y；利用角速度信號取反后直接構成誤差微分信號

進一步，步驟2中，純模糊控制策略的設計如下：

以誤差信號e為模糊系統的輸入，控制律u₁為模糊系統的輸出，建立輸入輸出變量的隸屬度函數；

其中誤差e的隸屬度函數通過matlab的程序指令函數直接畫出，選取d₁＝0.017，認為誤差e屬于‘PB’即‘正大’的范圍，其隸屬概率函數p₅為

認為誤差e屬于‘PM’即‘正中’的范圍，其隸屬概率函數p₄為

認為誤差e屬于‘ZO’即‘幾乎為零’的范圍，其隸屬概率函數p₃為