文档介绍：基于DSP的某飞行器舵机控制的模糊PID算法
李聚锋,倪原,刘智平,任展鹏,杜月涛,陈国绍
(西安工业大学电子信息工程学院西安 710032)
[摘要] (目的)本文旨在探讨采用模糊PID算法对某飞行器舵机系统进行控制的研究。(方法)首先上位机设定的预定轨迹和导航仪检测的实际轨迹的偏差通过相关算法组合后,得到预定舵面位置,同时舵回路不断的采样反馈回实时舵面位置,把预定舵面位置和实时舵面位置的偏差进行模糊处理,进而进行相关论域的设定。(结果)研究结果表明,和经典PID相比,经过模糊PID算法处理后,舵机系统超调量和稳态误差减小,系统的阻尼性能和稳态性能得以提高。(结论)结果提示,舵机系统控制过程中,采用模糊PID算法,使得整个系统具有更高的稳定性和可靠性。
关键词:飞行器;控制系统;舵机;模糊PID
(研究的重要意义)舵机系统是飞行控制系统中不可缺少的关键组成部分。传统的大多数火箭和导弹沿用液压伺服系统、气压伺服系统或有刷直流伺服系统, 这些伺服系统具有优良的动态特性和结构适应性, 但是系统结构复杂、重量大、成本高、实现技术难度大; 而对于有刷直流电机, 由于电刷的存在, 限制了电机的容量而且降低了系统的可靠性。近年来, 随着多种高性能电池的出现, 以及稀土材料的广泛应用, 稀土永磁电机技术得以迅猛发展[1], 同时各种新型的电动伺服控制系统应运而生。(前人研究进展)在以往的研究中,一些研究人员采用经典PID算法或者直接采用开环对舵机系统进行控制,虽然某些方面能够满足系统调整的要求,但是舵机系统才调整过程中极容易产生剧烈的震荡,导致不能精确的击中目标。(研究切入点)而模糊PID算法,它不仅保持了常规PID控制的原理简单、使用方便、鲁棒性较强的特点,它具有实时性好、超调量小、抗干扰力强、稳态误差小等优点,并能满足舵机的动静态性能要求。(研究拟解决的关键问题)因此本系统在对舵机系统进行控制的过程中采用模糊PID控制算法[3],有必要对舵机系统的稳定性进行进一步的研究。
1 控制系统原理
舵机控制系统是按照选定的导引规律不断调整与修正飞行器的飞行轨迹,导引和控制飞行器飞向目标的硬件和软件集合。它的功能包括设定目标和飞行器的飞行参数,按照选定的导引规律形成飞行器飞行控制指令,经综合、校正后输出控制指令调整舵机推力方向或舵面偏转角,改变飞行器的飞行状态和飞行路线,使飞行器按允许误差命中目标。飞行器如果偏离控制系统预先设定的状态(飞行姿态发生变化),通过传感器可探测到偏离的方向和大小,控制器按照相应的控制算法处理偏差后,输出一定的控制信号操纵相应的舵机,控制对应舵面进行偏转,使飞行器姿态角逐渐达到设定状态。从而达到改变飞行器的飞行状态和飞行路线,使飞行器按规定的误差击中目标。当飞行器姿态角到达预先设定状态,则舵面回归初始位置,飞行器此时按设定姿态正常飞行。飞行器控制系统原理如图1所示:
图1 飞行器控制系统原理
Figure 1 Aircraft control system principle
2 控制算法
本系统共有两个闭环控制,分别为舵机回路和弹体姿态回路。
舵机回路系统主要由控制器、放大器、伺服电机、减速装置、舵装置、反馈电位计等单元构成。舵机回路通过反馈电位计是不断的采样舵面的实时位置,作为实时位置的采样值。
姿态回路是包括