仿真转台液压伺服系统自适应模型跟踪模糊变结构控制的研究

　　0 前言

　　飞行姿态仿真转台是广泛应用于航空、航天等军工行业中的试验设备,其性能的好坏直接影响被试对象的开发、研制。液压仿真转台的框架由液压马达直接驱动,从控制角度来看是一种典型的电液位置伺服系统,因此对液压仿真转台控制的实质是对电液伺服系统的控制。非线性和参数时变以及外部干扰引起的不定性问题是近代电液伺服难以解决的棘手的问题。近年来随着对电液伺服系统精度和响应速度要求的提高,这种不定性问题显得更加突出,消除这种不定性的影响,已成为近年来电液伺服系统研究的热门课题。其中自适应控制和变结构控制是应对液压伺服系统非线性的最常用的两种控制方法。然而大多数自适应控制器[1~2]的设计都是基于被控系统的线性模型,虽然这种方法能够克服系统参数的变化对系统带来的不利影响,但是不能保证系统的大范围稳定性,只能是局部稳定的,在一些给定的初始条件下,这种基于系统线性模型的自适应控制方法可能失去稳定性。而变结构控制作为一种普遍的综合方法,以其所具有的对系统参数变化的强鲁棒性和能够大范围稳定的优点,而被广泛应用于飞机控制、机器人控制、卫星姿态控制等领域。变结构控制可以通过实时地改变控制器的结构达到有效地控制具有参数时变和外部干扰的受控对象。而这与具有不定性的电液伺服系统的控制要求是一致的[3]。

　　在电液伺服系统的变结构控制中需要知道输入信号的一阶、二阶和三阶导数,而在实际伺服跟踪系统中,难以测得输入信号的这些导数,为解决这一问题,采用模型跟踪变结构控制,将系统对给定信号的跟踪转化为对参考模型的跟踪。针对液压伺服系统的跟踪问题,本文提出一种模型跟踪变结构控制的设计方法。但是滑模控制的明显不足在于高频颤振信号,该高频信号将对系统的稳定性产生影响。其中一个减缓高频颤振信号的措施就是在滑模面上设置一个边界层使得原来的符号函数被饱和函数所取代[4]。另一种办法是用一个单位向量函数取代原来的最大-最小形式的控制[5]。但是这些措施都不能保证系统收敛于滑模状态,并使得颤振与系统的鲁棒性产生矛盾。既能减小颤振又不牺牲鲁棒性能的最有效措施是把模糊控制与滑模变结构控制结合在一起[6]。本文在滑模变结构控制的基础上引入模糊逻辑控制加速系统到达滑模的过程、减小颤振信号并能使系统保持对其参数的不确定性、负载的干扰以及非线性因素的鲁棒性。

　　1 模型跟踪问题的匹配条件

　　设被控系统为:

　　式中: x和xm分别为被控对象和理想模型的状态变量, u和r分别为被控对象和理想模型的输入量, f为作用在被控对象上的外部干扰量, A, Am, B, Bm和D分别为相应维数的矩阵。不失一般性,假设(A, B)和(Am, Bm)是可控的,而Am为一稳定矩阵。设误差为: