模型参考模糊自适应控制的推力矢量电液位置伺服系统

　　推力矢量电液位置伺服系统应用于航天工业,对运载火箭和导弹等航天产品的飞行姿态的调节起着至关重要的作用.所以要求推力矢量伺服机构具有响应速度快和控制精度高,即快速无超调地跟踪指令信号.液压伺服机构中的伺服阀由于其阀芯换向、阀口重叠量、运动摩擦及输入饱和,导致动力特性的非平滑、不连续;液压动力学系统的高度非线性;系统存在大量不确定量等使得高性能的闭环鲁棒自适应控制器设计难度增大.因此设计鲁棒性强,控制性能好,并且能消除系统不确定量影响的控制器,成为一个重要的研究方向.本文针对这一类同时存在不确定参数和不确定非线性模型的动力学系统,在文献[1]的基础上提出基于推力矢量电液位置伺服系统的模型参考模糊自适应控制(MRFAC)设计方法.它不需要系统精确的数学模型,对系统参数时变及扰动有抑制作用.实验结果表明所提出的设计方法对于系统参数的漂移具有一定的鲁棒性.

　　1　问题及系统描述

　　对于给定的单输入-单输出液压伺服系统,在考虑干扰的情况下,传递函数为[2]

　　式中:d(y,t)表示任何的扰动及其不确定性,d-(y,t)等价于d(y,t)的滤波器型式.

　　对方程(1)做如下假设:

　　3) n和m已知,且系统为最小相位系统.

　　系统的参考模型定义为

　　一般情况,推力矢量伺服机构是一个典型的三阶电液位置伺服系统,如图1所示.

　　其系统闭环传递函数为[3]

　　其中:u为系统输入,y为系统输出,Ft为外负载力,mt为负载质量,mp为活塞及杆的质量.其余各符号沿用液压伺服系统中通常意义下的表示和含义[4].系统参数见表1.

　　2　模型参考模糊自适应控制

　　模型参考模糊自适应控制是利用模糊逻辑来实现系统的自适应控制,参考模型用来产生期望的输出时频响应;模糊自适应机构根据参考模型输出受控系统之差e及其变化率de/dt,产生模糊自适应信号,作用于受控系统,使其输出趋于参考模型的输出.控制原理如图2所示,图中,ym为参考模型的输出,y为对象的输出,r为指令信号,e为误差信号.对以误差和误差变化为输入、控制量变化为输出的模糊控制器,需要根据不同的控制对象的特征调整模糊控制规则.对于常规的二维模糊控制器,当误差和误差变化的论域等级划分相同时,可以认为误差和误差变化的权重相同.当被控对象的阶次较低时,误差的加权值应该大于误差变化的加权值;当被控对象的阶次较高时,则误差变化的加权值大于误差的加权值.在控制过程的初始阶段,应使误差值的加权系数大一些来消除误差.然而,当控制过程趋向稳定阶段时,则增大误差变化的加权系数来减小超调量,使系统尽快稳定.所以,对于推力矢量电液位置伺服系统,可以在模糊控制规则中对误差的加权稍大于对误差变化的加权,使得系统超调小、响应时间短.