基于模糊PID的液压舵机伺服控制系统研究

杨国君

摘要：通过对液压舵机动态性能的研究，找出影响其控制精度的主要因素，并提出模糊PID控制策略，研究结果表明，与传统PID控制策略相比，模糊PID控制精度更高，有一定可借鉴价值。

关键词：液压舵机；模糊PID； 仿真分析

中图分类号：TP2 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2014）09-2134-02

液压舵机是飞机自动驾驶仪控制部分的执行机构，是飞机操纵系统的关键部件， 它的工作性能直接影响着飞机飞行控制精度和飞行安全， 因此采用何种控制策略对其进行控制是研究人员普遍关注的问题。

本文对某型液压伺服舵机进行研究，分析其数学模型，围绕PID控制策略，提出新的控制方法。仿真结果表明，所采用控制方法可靠有效，达到设计预期。

1 液压伺服舵机数学模型

1.1 舵机结构

某型液压伺服舵机是由液压舵机、综合摇臂机构、通道转换装置，液压作动筒等组成， 通过控制系统的协调控制，实现舵面运动与控制信号的同步[1]。

1.2 数学模型

1.2.1 力反馈伺服阀的传递函数

2 控制策略研究

2.1 PID控制

PID控制是一种比例、积分和微分并联的控制方法，具有结构简单、稳定性好，调整方便等特点，其数学模型可以表示如下[3]：

式中： [e（t）]—控制器的输入；[u（t）]—控制器的输出；[Ti]—积分时间常数；

[Kp]—控制器的比例系数；[Td]—微分时间常数。

PID控制器的参数在控制过程中不能改变，影响了控制精度。

2.2 模糊PID控制

模糊PID控制器是将传统PID控制与模糊控制相结合，运用模糊推理的方法求得调整量，对参数进行在线调整，使传统的PID控制器不断获得新的参数，进而对系统进行时时控制。模糊PID控制器的结构如图1所示：

3 仿真分析

在Matlab仿真环境下，输入所建立的飞机液压舵机传递函数，运用合适的模糊控制规则进行仿真分析[4]，仿真框图如图2所示。

选择控制器的参数值为[Kd=0.016]，[Ki=0.008]，[Kp=1.31]；量化因子的参数值为[kec=0.7]，[ke=9]。对系统输入正弦信号，并把模糊PID控制策略与传统PID控制策略进行对比，响应曲线如图3所示。

为了验证模糊PID控制的抗干扰能力，将持续的高斯随机干扰信号加入到正弦响应信号，其干扰后的响应曲线图如图4所示。

从仿真结果可以看出，与传统PID相比，模糊PID跟踪速度更快，精度更高，抗干扰能力更强，适合本文所研究的液压舵机伺服系统。

4 结论

本文针对飞机液压舵机相关问题展开研究，对其数学模型进行了深入分析，把模糊控制引入其控制系统中，提出了模糊PID控制策略，仿真结果证明，采用的控制方法精度高，鲁棒性强，有一定实用意义。

参考文献：

[1] 王志瑾，姚卫星.飞机结构设计[M].北京：国防工业出版社，2004.

[2] 胡良谋， 曹克强.某型四余度舵机伺服控制系统典型故障分析[J].机床与液压，2004（8）：192-194.

[3] 谭远强， 王福龙， 李伶俐.基于模糊控制的快速控制算法[J].广东工业大学学报，2008（2）：51-53.

[4] 余兵，彭佑多，刘繁茂.模糊控制及其在液压伺服系统中的应用[J].液压与气动，2006（10）：56-64.