[發(fā)明專利]一種基于非線性變結(jié)構(gòu)的電動舵機(jī)設(shè)計方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710242951.3
• 申請日: 2017-04-14
• 公開（公告）號: CN107065549B
• 公開（公告）日: 2020-04-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張友安;雷軍委;鮑虎;孫玉梅;辛濤;王晶晶;吳華麗
• 申請（專利權(quán)）人: 煙臺南山學(xué)院;中國人民解放軍海軍航空工程學(xué)院
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 北京輕創(chuàng)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11212
• 代理人: 談杰

本發(fā)明公開了一種基于非線性變結(jié)構(gòu)的電動舵機(jī)設(shè)計方法，首先測量舵機(jī)角位置信號與角速度信號，構(gòu)造誤差信號與誤差微分信號，設(shè)計非線性滑模面的第一項，構(gòu)造非線性終端函數(shù)項，組成非線性滑模面的第二項，構(gòu)造類柔化函數(shù)項，組成非線性滑模面的第三項，構(gòu)造非線性滑模面的第四項，最終組成非線性變結(jié)構(gòu)控制的滑模面，設(shè)計舵機(jī)非線性變結(jié)構(gòu)控制律，對電動舵機(jī)的建模；通過不斷調(diào)整控制參數(shù)，使得整個電動舵機(jī)系統(tǒng)具有滿意的快速性。本發(fā)明的有益效果是提高了電動舵機(jī)的反應(yīng)速度，從而特別適合應(yīng)用于高超聲速飛行器等快速運動體控制的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于高超聲速飛行器控制領(lǐng)域，涉及一種基于非線性變結(jié)構(gòu)的電動舵機(jī)設(shè)計方法。

背景技術(shù)

隨著飛行器速度的增加，尤其是高超聲速飛行器控制技術(shù)的發(fā)展，其對執(zhí)行機(jī)構(gòu)快速性的要求越來越高。電動舵機(jī)是其中應(yīng)有非常廣泛的一類執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其快速性的好壞決定著整個高超聲速控制系統(tǒng)的品質(zhì)。傳統(tǒng)的PID控制器很早就被應(yīng)用于電動舵機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計，其由于采用線性控制技術(shù)而具有成熟可靠的優(yōu)點，因此廣受工程歡迎。但其設(shè)計在快速性上也過于保守，因此在近年來不斷有研究者嘗試采用非線性控制的手段，進(jìn)行一些快速反應(yīng)舵機(jī)的設(shè)計。本文通過引入非線性滑模面，設(shè)計了一類新穎的快速反應(yīng)電動舵機(jī)，其不僅在理論上具有很強(qiáng)的新穎性，同時在工程上也具有很好的實用性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于非線性變結(jié)構(gòu)的電動舵機(jī)設(shè)計方法，解決了傳統(tǒng)的線性PID控制器在快速響應(yīng)性上已經(jīng)不適合應(yīng)用于高超聲速飛行器等快速運動體控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的問題。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是按照以下步驟進(jìn)行：

步驟一：測量舵機(jī)角位置信號與角速度信號，其中角位置信號記為y，角速度信號記為

步驟二：構(gòu)造誤差信號e與誤差微分信號其中，e＝r-y，r為舵機(jī)輸入指令信號；

步驟三：非線性滑模面的構(gòu)造；設(shè)計非線性滑模面的第一項：s₁＝c₁e，其中c₁為正的參數(shù)；

構(gòu)造非線性終端函數(shù)項，組成非線性滑模面的第二項：s₂＝c₂e^1/3，其中c₂為正的參數(shù)；

構(gòu)造類柔化函數(shù)項，組成非線性滑模面的第三項：，其中c₃為正的參數(shù)；

構(gòu)造非線性滑模面的第四項：

根據(jù)上述四項，組成非線性變結(jié)構(gòu)控制的滑模面s：s＝s₁+s₂+s₃+s₄；

步驟四：電動舵機(jī)非線性變結(jié)構(gòu)控制律的設(shè)計；設(shè)計舵機(jī)非線性變結(jié)構(gòu)控制律：u＝u_eq+u₁+u₂

其中u_eq為等效函數(shù)項，其設(shè)計如下：

其中T為舵機(jī)模型中的慣性時間常數(shù)；

u₁為大增益滑模面項：u₁＝Tk_as，k_a為正的控制系數(shù)；

u₂為類柔化函數(shù)滑模項：k_b為正的控制系數(shù)；

步驟五：電動舵機(jī)的建模；采用如下微分方程建模：

y_a為舵機(jī)的轉(zhuǎn)動角速度；