精度电动舵机模糊自适应控制器设计

1、第1期张晓峰度电动舵机模糊自适应控制器设计 31 弹箭与制导学报Journal of Projectiles 收 WBW：2009-10-13作者简介：张晓峰（1979）.男河南鹤望人博士研究生研究方向，飞行器制异控鶴与仿真. Rockets Missiles and Guidance高精度电动舵机模糊自适应控制器设计.张晓峰1,杨 军】，祝小平21西北工业大学就天学陝西安 710072.fT,为折算到电机 轴上的负载转矩（干扰力矩八八为加速转矩，Tb = Jg 警九口为折算到电机转轴总的转动惯Uges =丿+丿细Jm为电机转轴转动惯量Jw为折算到 电机转轴上外部转动惯衆联立电压平衡方程和转矩

2、平衡方程有：U.-K （层 + 舒將）+L. d7 . LJges7gT + _k对上式拉式变换，可得输入电压到电机转轴角速 率的传递函数：s（$）N1/KeU （L./R.）（）? +1化成标准二阶传递函数形式：=KmUM _琮$ + 2乙冗$+1忽略转动间隙和机械限位，滚珠丝杠和拨杆的待 性为芝箸 =K（常数）可得舵机输人电压到舵偏角 的传递函数：*$） NK；u.（c 北 c+Xs+i）2模糊自适应控制器设计基本模糊控制系统包括模糊化处理、模糊推理和 清晰化控制3个环节，模糊控制系统的基本结构如图 2所示2.1 模糊化模糊化处理就是将模糊控制器输入爲的确定值 转换为相应模糊语言变最值的过

3、程，此相应语言变量 值均由对应的隶属度来定义通过这样一个把输入变 最映射到合适的响应论域11程的过程精确的输入数 据就变换成适当的语言值或模糊集合的标识符。文中 的模糊控制器采用误差及其变化作为输入语曹变量 为了保证屁系统的稳定性和可靠性，文中采用5个语 言变量值NBNS,ZE,PS,PB,描述输入、输出的 变最的词汇都具有模糊特性可用模糊集合来表示。 因此，模糊概念的确定问題就直接转化为求模糊几何 隶属函数的问题。文中隶屈度函数曲线取高斯型曲 线。图3与图4分别为控制器参数Kp两个输入的隶属 度函数曲线，其误差的论域-10,10,误望变化的论 域为-350,350.图中：细实线表示负大虚线表

4、示 负小点线表示零点实线表示正大粗实线表示正图3 沒差的隶厲图4 谋差变化的隶度函数曲线廣度礦数曲线2.2 模糊推理模糊控制是模仿人脑思维的一种控制方法在模 糊控制中,通常用一组语盲描述的规则来表示专家的 知识.模糊控制规则的确定如下：1）当偏差E很大且EC也较大时为使系统具有 较好的快速跟踪性能应该取大一些，而为避免造 32弹箭与制导学报M 30*成微分溢出.Kd应取小一些，同时为避免系统超调. 应对积分作用加以限制；2) 当便差E为中等大小且EC也为中等大小时, 为减小系统超调K.应减小$这时,K.的取值对系统 的影响较大：3) 当倔差较小时为防止超调过大产生振荡应减小；综合考虑系貌的抗干

5、扰能力和系统响应速 度应使K,适当取值.其中E、EC和C均为语宜变量,E和EC为输入 JI.C为控制量NB、NS、ZE、PS、PB是语音变iftE、 EC和C在其论域上的语官变量值，所有规则组合在 一起构成了规则库表1为控制器参数Kp的模糊规则表.3仿真研究PD控制広可以看岀.图6舵催角指令为5吋图7舵偏角指令为KT在考虑舵系统静摩援力矩影响、传动机构间隙以 及铁链力矩形响的情况下，分别在5舵偏角指令和 10。舵偏角指令时对比传统FD控制和模糊自迢应32弹箭与制导学报M 30*NBNSZEPSPBNBNBNBPBNSNSNSNBNBPBNSNS的变化ZENBNSPBNSPBECPSNSNSNS

6、PBPBPBNSNSPBPBPB俣菱E图5 控制器系统的阶跃响应时系疵的阶跃响应2.3 演晰化清晰化实际上就是一个从模糊控制作用空间到 精确控制作用空间的映射，即解模糊判决判决的方 法很多，较常用的有最大隶属度法;2取中位法； 3)加权平均法文中采用了加权平均 的方法，加权平均法即所谓 的重心法，它针对论域中的 每个元素，以它作为待判决 的输出模糊集合的隶属度 的加权系数.该方法既突 岀了主要信息，又兼顾了其 它的信息所以显得较为贴 近实际情况从而应用较为广泛图5为模糊控制器输出的隶属度函数曲线.其 中细实线表示负大，虚线表示负小点线表示零点 实线表示正大粗实线表示正大.4结论文中提出了一种关

7、于导弹电动舵机采用模糊PD 控制方法的控制方式，此方法通过误差和变化来对电 动舵机控制系统进行自动调参，使舵机在线性模型和 非线性模更均具有较快的响应速度，验证了模糊PD 控制方法的工程可行性与传统PD控制方法比较 来看，它具有良好的稳定性、快速性和控制精度.仿 真结果表明该控制系统是有效可行的.簽考文th11 Kwon H D Burdekin M. Adjustment of CNC machine tool controller setting values by an experimental method j International Journal of Machine Tool

8、s and Manufacture. 1998 38(9),1945 - 1O652 SJ Huang and K S Huang. Adaptive fuzzy sliding model controller o( servomechanism disturbance rejection J . IEEE Tmas and.Electron*2001 *48(4) ：84S852.3 Chen Guanrong.Hao Ying Stability analysis of nonlinear PI control systemsCCJ/IEEE IFIS 1993 Third Intern

9、ationa! Conference 1993:128 133.4 JJ东晓贾15彦.棋期控制的现状与发展J自动化与 仪器仪表2006(6),4-7.5张化光何希動模糊目适应控制理论及其应用M 北 京，北京航空航天大学出版社.2002,32弹箭与制导学报M 30*高精度电动舵机模糊自适应控制器设计作者：张晓峰， 杨军， 祝小平，ZHANG Xiaofeng, YANG Jun ZHU Xiaoping作者单位：张晓峰，杨军ZHANG Xiaofeng,YANG Ji西北工业大学航天学院西安,710072），祝小平,ZHU Xiaoping（西北工业大学航天学院西安,710072;西北工业大学无

10、人机研究所西安,710072）刊名：弹箭与制导学报PKU英文刊名：JOURNAL OF PROJECTILES, ROCKETS, MISSILES AND GUIDANCE年，卷（期）: 被引用次数：201Q 30(1)0次参考文献（5条）1. Kwon H D Burdekin M Adjustment of CNC machine tool controller setting values by an experimentalmethod 1998(9)2. SJ Huang K S Huang Adaptive fuzzy sliding model controller of servomechanism disturbance rejection2001(4)3. Chen Guanrong. Hao Ying Stability analysis of nonlinear PI contro