[发明专利]一种飞机舵机电动伺服系统复合控制方法

说明书

本发明公开了一种飞机舵机电动伺服系统复合控制方法，包括：将反正切平滑函数将其引入库仑‑粘滞摩擦模型中的库仑摩擦力部，得到改进库仑‑粘滞模型，在系统转矩环中设置准比例谐振控制器以抑制舵机运动扰动，根据系统特点确定部分参数取值，同时设计模糊控制器，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，使用模糊控制算法计算得到得到输出量K_p和K_r，将输出量K_p和K_r运用到准比例谐振控制器中以实现准PR控制器其余参数的自适应调节，完成模糊自适应准PR控制器的设计，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，该方法可以克服摩擦扰动和舵机运动扰动。

技术领域

本发明涉及力矩伺服系统智能控制技术领域，更具体的涉及一种飞机舵机电动伺服系统复合控制方法。

背景技术

飞机舵机电动伺服系统是用于模拟舵机在飞机飞行时所受力载荷的半实物仿真系统。它以永磁直流力矩电机作为加载执行元件，具有具有参数稳定性好、适应性强、动态响应速度快等优点，在飞机舵机性能测试环节中具有重要作用。

飞机舵机电动伺服系统由工业控制计算机1、控制器2、力矩电机驱动器3、力矩电机4、膜片型联轴器5、缓冲弹簧6、角度传感器7、扭矩传感器8、被测舵机9与测试台基座组成，其工作原理如图1所示。其中力矩电机4是系统加载机构，通过缓冲弹簧6和膜片型联轴器5与被测舵机9相连接。缓冲弹簧6与膜片型联轴器5用于连接力矩电机与被测舵机，可以起到缓冲作用。角度传感器7与扭矩传感器8是系统测量元件，分别用于测量加载电机位置与加载力矩信息。测试台基座10用于支撑其他组成元件。系统工作原理如下：工业控制计算机1设置加载指令与舵机运动指令并传输给控制器。控制器2一方面传输加载控制信号给力矩电机驱动器3，驱动力矩电机4运动，输出加载力矩；另一方面传输运动控制信号给被测舵机9，控制舵机角速度与角位移；除此之外，控制器2还用于接收力矩电机4的位置信号、实际加载力矩信号以及被测舵机9的实际位置信号，以形成闭环反馈控制。力矩电机4输出的加载力矩经过缓冲弹簧6与膜片型联轴器5缓冲后加载至被测舵机9，可以模拟被测舵机9所受空气力载荷。

然而，在力矩加载过程中，各连接机构间的非线性摩擦干扰叠加在系统干扰力矩中，将会增加系统力矩加载误差，会对加载效果产生不良影响。针对伺服系统中摩擦扰动的抑制问题，目前常用的方法是借助摩擦模型，对摩擦力矩干扰进行估计和补偿。常用的摩擦模型主要是LuGre模型和Dahl，但是模型包含的参数较多，辨识难度较大。如何基于本系统特点设计优化摩擦补偿模型，同时降低摩擦辨识难度是亟待解决的关键问题。

除摩擦扰动外，该系统作为一种被动式力矩伺服系统，还存在一种扰动即舵机的运动扰动，舵机运动扰动作为一种位置干扰，将增大系统多余力，严重影响系统加载精度。针对舵机运动扰动的抑制问题，近年来，国内外学者大多从控制补偿方式的角度出发研究。但现有的控制补偿方案，大多借助于复杂的算法，实现难度较大，例如基于遗传算法的PID控制、基于ADRC的补偿控制等。如何基于本系统特点简化控制方法并且最大程度的抑制舵机运动扰动是亟待解决的关键问题。

发明内容

本发明实施例提供一种飞机舵机电动伺服系统复合控制方法，用以解决上述背景技术中提出的问题。

本发明实施例提供一种飞机舵机电动伺服系统复合控制方法，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；