電動(dòng)舵機(jī)模糊自適應(yīng)pid控制研究

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1、電動(dòng)舵機(jī)模糊自適應(yīng)PID控制研究電動(dòng)舵機(jī)模糊自適應(yīng)PID控制研究曹菁1，2朱紀(jì)洪11清華大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系，北京1000842江蘇信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇無(wú)錫214106caojing@tsinghua.org.cn摘要本文介紹了一種模糊自適應(yīng)PID控制器，該方法用于電動(dòng)舵機(jī)的位置伺服控制系統(tǒng)，克服了簡(jiǎn)單模糊控制和傳統(tǒng)PID控制的一些缺點(diǎn)，通過(guò)模糊規(guī)則進(jìn)行推理和決策，實(shí)現(xiàn)PID控制器參數(shù)的實(shí)時(shí)優(yōu)化，仿真及實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：此方法提高了系統(tǒng)的控制性能，具有較好的控制效果。關(guān)鍵詞模糊控制PID控制電動(dòng)舵機(jī)MATLABStudyofFuzzyself-turningPIDcon

2、trolofelectromechanicalactuatorCaojing1，2zhujihong1，1DepartmentofComputerScienceandTechnology，TsinghuaUniversity,Beijing1000842JiangsucollegeofInformationTechnology，wuxijiangsu210106Abstract：Thetextintroducesakindofself-turningFuzzy-PIDcontroller,itisusedontheelectromechanicalactuatorpos

3、itionservosystem.ItovercomessomedefectsofsimplyfuzzycontrolandtraditionalPIDcontrol,Thereal-timeoptimizationofthecontrolparameterofPIDcontrolleriscarriedoutbyfuzzyreasoningandstrategy.Thesimulationandexperimentresultsshowthatthismethodimprovesthecontrolperformanceofsystemandhaspreferable

4、effects.Keywords：FuzzycontrolPIDcontrolelectromechanicalactuator(EMA)MATLAB1引言電動(dòng)舵機(jī)（EMA）由于具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、負(fù)載特性好和可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，因而在無(wú)人駕駛飛機(jī)（UAV）、導(dǎo)彈、航天器等飛行器中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)PID控制以其實(shí)時(shí)性好、易于實(shí)現(xiàn)等特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于控制系統(tǒng)，只要正確設(shè)定參數(shù)，PID控制器便可實(shí)現(xiàn)其作用，但由于舵機(jī)系統(tǒng)存在著非線性、時(shí)變性等不確定因素，此時(shí)，PID的控制效果將難于達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)。而模糊控制對(duì)控制對(duì)象的非線性、時(shí)變性等具有較強(qiáng)的適應(yīng)能力，其靈活性和魯棒性

5、較好，并且控制簡(jiǎn)單，在電機(jī)控制領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛。但在模糊控制的系統(tǒng)中很難完全消除穩(wěn)態(tài)誤差，一般情況下，控制精度不太理想。針對(duì)上述兩種控制器的特點(diǎn)，為了提高舵機(jī)位置伺服系統(tǒng)的控制性能，本文設(shè)計(jì)了一種模糊自適應(yīng)PID控制器，兼顧了兩種控制方法的優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)模糊規(guī)則進(jìn)行推理和決策，在線整定PID控制器的三個(gè)參數(shù)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該控制器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，效果良好。2電動(dòng)舵機(jī)數(shù)學(xué)模型的建立電動(dòng)舵機(jī)位置伺服系統(tǒng)中的主要執(zhí)行部件是稀土永磁無(wú)刷直流電機(jī)，由于其氣隙磁場(chǎng)、反電勢(shì)以及電流是非正弦的，故直接利用電動(dòng)機(jī)本身的相變量來(lái)建立數(shù)學(xué)模型。以二相導(dǎo)通星型三相六狀態(tài)為例，為了便于分析，假設(shè)電機(jī)：（1

6、）磁路不飽和，忽略磁滯、渦流損耗的影響，忽略高次空間磁勢(shì)諧波的影響；（2）三相繞組完全對(duì)稱(chēng)，氣隙磁場(chǎng)為方波，定子電流、轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)分布皆對(duì)稱(chēng)；（3）電樞繞組在定子內(nèi)表面均勻連續(xù)分布；（4）忽略齒槽、換相過(guò)程和電樞反應(yīng)等影響；（5）轉(zhuǎn)子上無(wú)阻尼繞組，永磁體也不起阻尼作用；根據(jù)三相繞組電路回路的電壓平衡關(guān)系可列出下列微分方程[1]：RiiLMMMLMMML00............ueasaaa........=................+........p........+........Rii00(1)uebbbbsRii00uecsccc式中：ua，ub，uc為定

7、子相繞組電壓；ia，ib，ic為定子相繞組電流；ea，eb，ec為定子相繞組電動(dòng)勢(shì)；Rs代表電機(jī)繞組電阻，L為每相繞組的自感；M為每?jī)上嗬@組間的互感；p為微分算子，p=d/dt。三相繞組為星形連接，且沒(méi)有中線，則有iib+ic=0(2)+aMiMi=.Mi(3)+因此，可得bac由（1）、（2）、（3）式可得電壓方程為iRLMii00.00............................uueasaaa....=........+............+........RiLM000.0(4)pebbbbsRiLMi0000.u