基于模糊PID的飛機液壓舵機控制策略研究

肖樹劍

摘 要：本文以某飛機液壓舵機為研究對象，對其工作原理、控制策略等前沿性問題進行了探討，同時設計了模糊PID控制器，并對其進行仿真分析，從而說明控制器的有效性。

關鍵詞：液壓舵機；模糊PID；仿真

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.19.128

舵機是飛機、導彈等飛行器飛行控制系統(tǒng)的重要組成部分，是一種高精度的位置伺服系統(tǒng)。當舵機控制器接收到控制信號后，輸出控制指令來操縱飛行器舵面的偏轉，改變其航行姿態(tài)或軌跡，以達到控制飛行器飛行軌跡的目的。可見舵機的工作性能直接影響飛行控制精度和飛行安全，決定了飛行器的整體機動性。

1 液壓舵機的工作原理

液壓舵機包括機械機構和液壓控制系統(tǒng)兩部分，其中液壓控制系統(tǒng)又包括液壓系統(tǒng)和電路控制系統(tǒng)，機械機構的作用是將液壓能轉換成機械能，推動舵面偏轉。液壓系統(tǒng)的作用是向舵機提供足夠的液壓能，并設置所需的保護與控制裝置，其結構如圖1所示。

系統(tǒng)的工作原理是通過控制伺服閥的閥口開度來控制進入液壓缸的流量，控制活塞的位移大小，從而驅動舵機的曲柄連桿機構進行轉動，達到控制舵面偏轉角度的目的，實現(xiàn)電路控制系統(tǒng)與機械系統(tǒng)之間的信號轉換。

2 液壓舵機的數(shù)學模型

力反饋電液伺服閥既是功率放大元件，又是電液轉換元件，接收的是駕駛儀的輸入電流，輸出的是液壓功率，其電磁力矩可表示為：

3 飛機液壓舵機控制器設計

對液壓舵機伺服系統(tǒng)的控制，其控制信號的數(shù)值與作動筒的偏移量成正比，這就必須要求輸入控制信號與作動筒的輸出位移量同步，精度與控制信號的大小一致。為此，本文設計了模糊PID控制器，考慮到要求保證模糊控制器的快速性和簡易性，模糊控制系統(tǒng)通常以誤差變化率和系統(tǒng)誤差作為輸入變量，而控制量的增量作為輸出量。模糊PID控制器的結構如圖2所示：

4 仿真分析

為了驗證所設計模糊PID控制器具有良好的跟蹤特性，以單位階躍信號作為控制器的輸入，在MATLAB中進行仿真分析，得到輸出響應曲線，其局部放大部分如圖3所示。

仿真結果表明，與傳統(tǒng)PID控制相比，采用模糊PID策略的控制器，單位階躍響應速度快，系統(tǒng)的超調(diào)量明顯減少。可見，本文設計的模糊PID控制器具有很好的控制性能。

5 結論

舵機是一種高精度的位置伺服系統(tǒng)，是飛行器自動控制系統(tǒng)的重要組成部分， 本文以某飛機液壓舵機為研究對象，對液壓舵機的原理及動態(tài)性能進行了分析，從而找出影響舵機的因素。同時，根據(jù)液壓舵機伺服系統(tǒng)的控制特點，提出模糊PID控制策略，并進行了仿真分析。結果表明，與常規(guī)PID控制策略相比，模糊PID控制可大大地提高了舵機伺服系統(tǒng)的動態(tài)特性。

參考文獻：

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