巡飞弹舵机模糊控制算法研究

　　巡飞弹舵机是飞行控制系统的重要组成部分,其性能的好坏直接影响巡飞弹性能的优劣.国外巡飞弹或者无人飞行器[1]电动舵机基本上都采用以纯硬件构建的有刷直流电动机驱动控制系统.但是普通有刷直流电动机由于存在电刷和换向器,容易产生积炭和电磁干扰、可靠性低、维修不方便、噪声大、动态响应慢等缺点[2],大大影响了电动舵机驱动系统的综合性能.因此作者研究的巡飞弹采用无刷直流电机,其质量小、动态性好、无换向电火花及无线电干扰,结构简单、寿命高.

　　国内研究过四通道电动比例舵机[3],其控制是基于基本的PID控制双闭环控制,且是单控制器对单一舵机的控制,而由于巡飞弹体积小,这种控制方法不适用.本文提出单一控制器实现对3个舵机实时控制;同时为提高控制性能,采用了基于PID参数模糊自整定算法三闭环控制,对关键的位置环采用模糊PID参数自整定算法,解决了舵机控制参数调整困难的问题.

　　1　舵机控制技术及控制算法

　　巡飞弹舵机控制器原理框图如图1所示.对舵机控制采用三环控制,即电流环控制、速度环控制及位置环控制.其中电流环及速度环控制采用经典的增量式PID算法,PID算法结构简单、工作稳定.对于舵机控制器舵偏角位置精度要求比较高,采用二维模糊PID参数自整定的算法[4-5].其控制原理框图如图2所示,两个输入变量选用受控变量和给定量的偏差e和偏差变化ec,反映受控过程中输出变量的动态特性.模糊PID算法设计思想是依据被控对象的响应在采样时刻的误差e和误差的变化率ec两个因素来确定参数调整量的极性和大小的,该算法同时兼顾了被控对象响应的“静态性能”和响应的“动态性能”两个因素.

　　1·1　输入输出变量的选取与量化

　　在本控制系统中,模糊控制器的输入量为舵面转角的误差e和误差变化率ec.舵机舵面角度的误差允许范围是[-1 rad,+1 rad],即误差e的基本论域.输入变量舵面转角误差e的基本论域:[-1rad,+1 rad],量化论域:e={-3,-2,-1,0,1,2,3},词集:{NB,NM,NS,ZE,PS,PM,PB},各词汇分别表示舵面转角变化速度为负大、负中、负小、零、正小、正中、正大.舵面转角误差的变化率ec的基本论域:[-2 rad/s,+2 rad/s],量化论域:ec={-3,-2,-1,0,1,2,3},词集:{NB,NM,NS,ZE,PS,PM,PB}.输出变量ΔKi,ΔKp,ΔKd的量化论域和词集也如上取值,其基本论域按直流电机模型的经验取值区间,分别取为[-0·03,+0·03],[-6×10-7,+6×10-7],[-0·102,+0·102].

　　1·2　隶属函数

　　隶属函数选择三角函数.变量e,ec,Kp,Ki,Kd隶属函数如图3所示,可以根据隶属函数求出它们对应的模糊变量.

　　1·3　模糊控制规则库的设计