基于模糊PID的液壓舵機(jī)伺服控制系統(tǒng)研究

楊國君

摘要：通過對(duì)液壓舵機(jī)動(dòng)態(tài)性能的研究，找出影響其控制精度的主要因素，并提出模糊PID控制策略，研究結(jié)果表明，與傳統(tǒng)PID控制策略相比，模糊PID控制精度更高，有一定可借鑒價(jià)值。

關(guān)鍵詞：液壓舵機(jī)；模糊PID； 仿真分析

中圖分類號(hào)：TP2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2014）09-2134-02

液壓舵機(jī)是飛機(jī)自動(dòng)駕駛儀控制部分的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，是飛機(jī)操縱系統(tǒng)的關(guān)鍵部件， 它的工作性能直接影響著飛機(jī)飛行控制精度和飛行安全， 因此采用何種控制策略對(duì)其進(jìn)行控制是研究人員普遍關(guān)注的問題。

本文對(duì)某型液壓伺服舵機(jī)進(jìn)行研究，分析其數(shù)學(xué)模型，圍繞PID控制策略，提出新的控制方法。仿真結(jié)果表明，所采用控制方法可靠有效，達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)期。

1 液壓伺服舵機(jī)數(shù)學(xué)模型

1.1 舵機(jī)結(jié)構(gòu)

某型液壓伺服舵機(jī)是由液壓舵機(jī)、綜合搖臂機(jī)構(gòu)、通道轉(zhuǎn)換裝置，液壓作動(dòng)筒等組成， 通過控制系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制，實(shí)現(xiàn)舵面運(yùn)動(dòng)與控制信號(hào)的同步[1]。

1.2 數(shù)學(xué)模型

1.2.1 力反饋伺服閥的傳遞函數(shù)

2 控制策略研究

2.1 PID控制

PID控制是一種比例、積分和微分并聯(lián)的控制方法，具有結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好，調(diào)整方便等特點(diǎn)，其數(shù)學(xué)模型可以表示如下[3]：

式中： [e（t）]—控制器的輸入；[u（t）]—控制器的輸出；[Ti]—積分時(shí)間常數(shù)；

[Kp]—控制器的比例系數(shù)；[Td]—微分時(shí)間常數(shù)。

PID控制器的參數(shù)在控制過程中不能改變，影響了控制精度。

2.2 模糊PID控制

模糊PID控制器是將傳統(tǒng)PID控制與模糊控制相結(jié)合，運(yùn)用模糊推理的方法求得調(diào)整量，對(duì)參數(shù)進(jìn)行在線調(diào)整，使傳統(tǒng)的PID控制器不斷獲得新的參數(shù)，進(jìn)而對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行時(shí)時(shí)控制。模糊PID控制器的結(jié)構(gòu)如圖1所示：

3 仿真分析

在Matlab仿真環(huán)境下，輸入所建立的飛機(jī)液壓舵機(jī)傳遞函數(shù)，運(yùn)用合適的模糊控制規(guī)則進(jìn)行仿真分析[4]，仿真框圖如圖2所示。

選擇控制器的參數(shù)值為[Kd=0.016]，[Ki=0.008]，[Kp=1.31]；量化因子的參數(shù)值為[kec=0.7]，[ke=9]。對(duì)系統(tǒng)輸入正弦信號(hào)，并把模糊PID控制策略與傳統(tǒng)PID控制策略進(jìn)行對(duì)比，響應(yīng)曲線如圖3所示。

為了驗(yàn)證模糊PID控制的抗干擾能力，將持續(xù)的高斯隨機(jī)干擾信號(hào)加入到正弦響應(yīng)信號(hào)，其干擾后的響應(yīng)曲線圖如圖4所示。

從仿真結(jié)果可以看出，與傳統(tǒng)PID相比，模糊PID跟蹤速度更快，精度更高，抗干擾能力更強(qiáng)，適合本文所研究的液壓舵機(jī)伺服系統(tǒng)。

4 結(jié)論

本文針對(duì)飛機(jī)液壓舵機(jī)相關(guān)問題展開研究，對(duì)其數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了深入分析，把模糊控制引入其控制系統(tǒng)中，提出了模糊PID控制策略，仿真結(jié)果證明，采用的控制方法精度高，魯棒性強(qiáng)，有一定實(shí)用意義。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王志瑾，姚衛(wèi)星.飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[M].北京：國防工業(yè)出版社，2004.

[2] 胡良謀， 曹克強(qiáng).某型四余度舵機(jī)伺服控制系統(tǒng)典型故障分析[J].機(jī)床與液壓，2004（8）：192-194.

[3] 譚遠(yuǎn)強(qiáng)， 王福龍， 李伶俐.基于模糊控制的快速控制算法[J].廣東工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2008（2）：51-53.

[4] 余兵，彭佑多，劉繁茂.模糊控制及其在液壓伺服系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].液壓與氣動(dòng)，2006（10）：56-64.