[发明专利]一种飞机舵机电动伺服系统复合控制方法

权利要求书

1.一种飞机舵机电动伺服系统复合控制方法，其特征在于，包括：

选定库仑-粘滞摩擦模型作为电动伺服系统摩擦补偿模型；

将反正切平滑函数引入库仑-粘滞摩擦模型中的库仑摩擦力部，得到改进库仑-粘滞模型；

在飞机舵机电动伺服系统转矩环中设计模糊自适应准PR控制器，其中，模糊自适应准PR控制器中将力矩加载误差与力矩加载误差微分设置为模糊控制器的输入量，模糊控制器使用模糊控制算法计算得到输出量K_p和K_r，其中，K_p为比例增益系数，K_r为谐振增益系数，将K_p和K_r作为准比例谐振控制器输入量，实现K_p和K_r两个参数的自适应调节；

使用模糊自适应准PR控制器结构和改进库仑-粘滞模型共同作用的复合控制方法，分别作用于飞机舵机电动伺服系统中的转矩环和力矩电机摩擦引入点；

所述库仑-粘滞摩擦模型数学表达式为：

T_f0(ω)＝F_c sgn(ω)+σω

式中，T_f0为常规库仑-粘滞模型的摩擦力估计值，σ为粘滞系数；ω为系统运动角速度，F_c为库仑摩擦力；

所述正切平滑函数的数学表达式为：

其中，γ为平滑因子，ω为系统运动角速度；

所述改进库仑-粘滞模型数学表达式为：

式中T_f1为改进模型的摩擦力估计值，σ为粘滞系数；ω为系统运动角速度，F_c为库仑摩擦力；

所述复合控制方法，具体包括：

对系统中的各部分组成部分进行线性化处理与拉普拉斯变化；

对加载电机而言，通过线性化处理得到电机电压平衡方程、电磁转矩平衡方程、运动方程，即

U_m为回路电压；i_m为电流；R_m为等效电阻；L_m为等效电感；K_e为反电动势系数；Ω_m为旋转角速度；K_T为力矩系数；J_m为转动惯量；B_m为阻尼系数；T_L为输出力矩；T_f为摩擦力矩；θ_m为电机角位置信号；

对电机驱动器而言，传递函数视为理想比例环节，即

式中，K_d为驱动器增益系数；U_in为驱动器输入电压；

对膜片型联轴器与缓冲弹簧而言，其传递的力矩可以表示为：

T_L＝K_L(θ_r-θ_m) (5)

式中，K_L为缓冲弹簧刚度系数；θ_r为舵机角位移信号；

对于加载指令信号而言，使用梯度加载法作为加载指令函数，即

T_c＝K_g×θ_r (6)

式中，T_c为电机指令力矩；K_g为系统加载梯度；

根据公式(1)至公式(6)建模，引入输出力矩变化速度负反馈增加系统阻尼，并引入该复合控制方法，获得系统数学模型。

2.如权利要求1所述的一种飞机舵机电动伺服系统复合控制方法，其特征在于，所述准比例谐振控制器，传递函数为：

式中K_p为比例增益系数；K_r为谐振增益系数；w₀为谐振频率；w_b为谐振带宽，其中，根据系统工作频率范围，在准比例谐振控制器传递函数中设置w_b＝0.5Hz。

3.如权利要求1所述的一种飞机舵机电动伺服系统复合控制方法，其特征在于，所述模糊控制算法包括模糊化、模糊推理和反模糊化三个阶段，模糊化阶段中将输入的加载力矩的误差信号e和导数按照输入输出隶属度函数分别划入相应的模糊集；在模糊推理阶段，根据加载力矩的误差信号e和导数对应的模糊集，在预先设定的模糊控制规则中查询相应的模糊控制变量KP，KR模糊集；得到模糊控制变量KP，KR对应的模糊集后，反模糊化阶段按照所述输入输出隶属度函数输出与模糊控制变量KP，KR模糊集对应的输出量K_p、K_r；

其中，在输入输出变量的模糊化阶段中，将E、EC的论域划分为五个等级，即NB负大、NS负小、ZO零、PS正小、PB正大，将KP、KR的论域划分为四个等级，即ZO零、PS正小、PS正中、PB正大，输入输出隶属函数曲线均选择三角函数曲线。