基于模糊控制的导弹电动伺服机构控制方法设计与仿真

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导弹运行过程中需通过推力矢量控制来修正姿态,即通过伺服机构旋转发动机尾部喷管,产生横向力和绕质心运动的控制力矩,来调整轨迹。传统导弹伺服机构常采用电液伺服系统,但其存在结构复杂、造价高和易受污染等缺点。随着永磁材料和电力电子技术的发展,电动伺服系统因具有质量轻、成本低、功率质量比高(功率要求不超过3k W)和结构简单等优点,用电动伺服取代电液伺服系统已成为未来发展趋势,并已有许多成功应用案例。基于以上研究背景,本文以使用直驱式机电作动器的电动伺服机构为研究对象。电动伺服系统主要由直驱式电机、行星滚柱丝杠、活塞和喷管组成。根据机电执行器和负载工作原理,建立数学模型,利用SIMULINK软件搭建导弹电动伺服机构的电流环、转速环和位置环三环控制的标称仿真模型。其中为了更好的反映电机动态性能,内部电流环建立了永磁同步电机电流滞环矢量控制模型。充分分析系统存在的非线性扰动,使仿真模型更贴近于导弹实际运行情况,对摩擦力矩、齿槽力矩、时滞等可预测扰动仿真建模,构建完整的推力矢量控制系统扰动模型。对参数不确定性、负载干扰力矩和发动机启停瞬态等不可预测非线性扰动,提出检验系统抗干扰能力的仿真实验方法。在系统完整扰动模型基础上,设计转速环和位置环PID控制器,提高系统响应速度。针对各非线性扰动的特点,设计前馈控制器补偿摩擦力矩、齿槽力矩扰动;通过超前校正消除了时滞扰动;采用动态力反馈的方式降低了发动机启停时系统发生共振的概率。由于传统PID控制响应速度慢,难以满足系统要求,引入模糊智能控制算法,设计模糊推理规则,动态调整PID控制器参数,使位置环根据不同误差输入大小,动态获取较优PID参数。传统模糊PID控制由于直接输出PID控制参数,论域不对称,导致在正负行程上控制效果不稳定。故引入BP神经网络,根据位移指令幅值实时整定模糊控制器量化因子和比例因子,以提高系统控制品质,改善电动伺服机构的动、静态特性,使其达到控制系统指标要求,为未来导弹电动伺服机构结构和控制器设计提供借鉴。
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