低速飞行模拟转台变结构控制设计

2012年03月02日09:27:28 本网站我要评论(2)字号：T | T | T

作者：朱齐丹，汪　瞳（哈尔滨工程大学自动化学院）

摘　　　要：针对飞行模拟转台在低速运行时的控制问题进行研究。由于摩擦力矩对飞行模拟转台在低速运行的影响较大，为了使转台在低速运行时具有精确的跟踪能力，采用变结构控制方法设计了控制器，并利用干扰观测器对摩擦力矩进行估计，从而在不增加系统硬件设备及改变转台结构的情况下对摩擦力矩进行补偿。仿真表明，该方法可以使飞行模拟转台在低速情况下具有良好的跟踪能力，干扰观测器可以准确地对摩擦力矩进行估计，并有效地补偿了摩擦力矩的影响，验证了该方法的有效性。

关　键　词：飞行模拟转台；摩擦模型；变结构控制；干扰估计

引　言：飞行模拟转台作为航空、航天等领域中仿真和测试的关键设备，其性能直接关系到仿真和测试试验的可靠性和可信度。摩擦存在于所有的运动中，特别是对高性能伺服系统的影响尤为突出［１］。当利用转台模拟飞行器姿态的低速运动（如飞机的起飞与着降）时，摩擦是影响转台系统性能的重要因素，它不但造成系统的稳态误差，而且使系统产生爬行、振荡等现象［２］，在这种情况下难以利用常规的控制方法获得较高的控制品质，文献［３］指出对于经典的ＰＤ控制，系统的稳态响应具有多个平衡点，为一条线段，文献［４］指出应用经典的ＰＩＤ控制方法，系统必然出现极限环振荡现象。为了减轻摩擦对转台伺服系统产生的不良影响，目前很多控制技术都被应用到转台控制中，如自适应控制、神经网络、模糊控制、Ｂａｃｋｓｔｅｐｐｉｎｇ控制等［５６］，但在实际中很难建立摩擦的精确数学模型，有些控制方法本身具有运算量大、实时性较差的不足，加之一些非线性因素和不确定因素的影响，给实时控制带来了困难。文献［７］提出了力矩反馈控制方法，通过在连接轴上安装力矩传感器对输出净力矩进行测量，形成力矩反馈回路来稳定净力矩，从而抑制摩擦力矩和其它干扰力矩的影响。虽然该方法具有不依赖模型和控制效果好的优点，但由于传感器价格昂贵，安装困难，且安装后增加了系统柔性，所以应用并不广泛。变结构控制是一种能用来处理线性和非线性控制问题的控制方法，由于变结构控制中的滑动模态具有不变性，即它和系统的摄动以及外部干扰无关，这种理想的鲁棒性引起了控制界的极大关注［８１０］。本文针对具有较大非线性摩擦影响的三轴飞行模拟转台伺服系统，采用变结构控制方法设计
控制器，利用干扰观测器估计摩擦力矩并予以补偿，从而在不添加力矩传感器及其他硬件设备的情况下抑制摩擦力矩和其他干扰力矩的影响，仿真结果验证了该方法的有效性。

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