[發(fā)明專利]一種基于廣義終端滑模的電動舵機設計方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202211142866.7
• 申請日: 2022-09-17
• 公開（公告）號: CN115453877A
• 公開（公告）日: 2022-12-09
• 發(fā)明（設計）人: 安連友;王保錄;孫俊峰;馬鑫源;崔昺祎
• 申請（專利權）人: 鄭州蒂德科技有限公司
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 北京達友眾邦知識產(chǎn)權代理事務所(普通合伙) 11904
• 代理人: 張丹華

本發(fā)明是關于一種通過測量舵機舵偏角與舵偏角速度形成廣義終端滑模并采用自適應補償?shù)姆椒▽崿F(xiàn)電動舵機快速控制的方法。其首先對舵偏角誤差信號以及舵偏角速度信號，進行廣義終端超前校正與終端混合微分濾波，然后對舵偏角誤差以及舵偏角速度進行廣義終端變換而組成廣義終端滑模，然后從角度、角速度、角速度超前校正濾波、角速度終端混合微分的四個方面設計自適應規(guī)律，然后進行干擾估計補償，最終疊加滑模信號以及廣義終端超前校正信號與終端混合微分濾波信號，實現(xiàn)舵機的廣義終端滑模控制，其主要優(yōu)點是舵機控制的快速性較好。

技術領域

本發(fā)明涉及工業(yè)電動舵機快速控制領域，具體而言，涉及一種基于廣義終端滑模的電動舵機設計方法。

背景技術

舵機系統(tǒng)通過控制和操縱舵葉偏轉保證飛行器和船舶按照人給定的運行軌跡前進，它是飛行器和船舶的重要機械設備，其操作性和可靠性一直是研究的熱點。隨著電動舵機相關技術的成熟，其在航空航天領域內的應用從導彈、一般性能飛機到高機動性能飛機，從飛機的輔助飛控面到主飛控面，這些應用對象和位置的轉變都體現(xiàn)了伺服電機、機械傳動機構和驅動控制技術等的進步。滑模控制具有魯棒性強，系統(tǒng)響應速度快的優(yōu)點。而終端滑模則具有有限時間收斂的特點，使得舵機誤差能夠在設定的時間內進行收斂；而廣義終端滑模則是在滑模面里面靈活的引入了正定的非線性函數(shù)，既能保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，又能保證系統(tǒng)的有限時間收斂的快速性。基于上述背景原因，本發(fā)明提出了一類采用廣義終端滑模的電動舵機設計方法，利用終端滑模的快速性特點，提高電動舵機系統(tǒng)的響應速度。

需要說明的是，在上述背景技術部分發(fā)明的信息僅用于加強對本發(fā)明的背景的理解，因此可以包括不構成對本領域普通技術人員已知的現(xiàn)有技術的信息。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于廣義終端滑模的電動舵機設計方法，進而克服了由于相關技術缺陷導致的舵機快速性不足的問題。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種基于廣義終端滑模的電動舵機設計方法動，包括以下五個步驟：

步驟S10，采用角度傳感器測量電動舵機的舵偏角，記作δ；采用速度傳感器，測量電動舵機的舵偏角速度，記作ω。

步驟S20，根據(jù)所述的電動舵機的舵偏角信號與電動舵機的輸入指令信號進行對比，得到電動舵機的舵偏角誤差信號；根據(jù)所述的舵偏角誤差信號設計指數(shù)型廣義終端超前校正濾波器，得到舵偏角誤差廣義終端超前濾波信號；再根據(jù)所述的舵偏角誤差信號設計終端混合微分濾波器，得到設計舵偏角誤差終端混合微分濾波信號。

步驟S30，根據(jù)所示的舵偏角誤差信號，首先進行指數(shù)型廣義終端非線性變換，得到舵偏角誤差廣義終端信號；然后根據(jù)所述的舵偏角速度信號，進行然后進行分數(shù)階廣義終端非線性變換；得到舵偏角速度分數(shù)型廣義終端信號；再根據(jù)所述的舵偏角速度信號，進行指數(shù)型非線性變換，得到舵偏角速度指數(shù)非線性信號；最后匯總舵偏角誤差信號組成舵偏角誤差廣義終端滑模信號。

步驟S40，根據(jù)所述的舵偏角誤差廣義終端滑模信號，設計舵偏角誤差廣義終端超前濾波干擾參數(shù)自適應估計規(guī)律，并通過積分得到舵偏角誤差廣義終端超前濾波干擾參數(shù)；再采用參數(shù)自適應方法設計舵偏角誤差信號終端混合微分濾波干擾參數(shù)自適應規(guī)律，并通過積分得到舵偏角誤差信號終端混合微分濾波干擾參數(shù)；再采用參數(shù)自適應方法設計舵偏角速度干擾參數(shù)自適應估計規(guī)律，通過積分得到舵偏角速度干擾參數(shù)信號；最后采用參數(shù)自適應方法設計舵偏角誤差干擾參數(shù)自適應規(guī)律，通過積分得到舵偏角誤差干擾參數(shù)信號。

步驟S50，根據(jù)所述的舵偏角誤差廣義終端超前濾波干擾參數(shù)、舵偏角誤差信號終端混合微分濾波干擾參數(shù)；舵偏角速度干擾參數(shù)、舵偏角誤差干擾參數(shù)進行疊加得到干擾自適應估計總信號；對所述的舵偏角誤差廣義終端滑模信號進行指數(shù)飽和變換，得到舵機廣義終端滑模指數(shù)飽和信號；再疊加舵偏角誤差廣義終端滑模信號進行積分，得到舵機廣義終端滑模積分信號；最后疊加干擾自適應估計總信號、舵機廣義終端滑模指數(shù)飽和信號、舵偏角誤差廣義終端超前濾波信號、舵偏角誤差終端混合微分濾波信號進行線性組合，得到舵機總控制信號，實現(xiàn)工業(yè)電動舵機的快速控制。