基于参考模型和扰动精确观测补偿的三阶舵机控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于参考模型和扰动精确观测补偿的三阶舵机控制方法，所述方法包括如下步骤：步骤一、设计三阶舵机控制器；步骤二、建立三阶舵机模型；步骤三、选择参考模型；步骤四、选择外环控制律；步骤五、建立内环二阶控制模型；步骤六、建立二阶扩张状态观测器并设计状态观测器参数；步骤七、设计非线性滑模律；步骤八、设计信号预处理策略；步骤九、三阶舵机控制。本发明专利技术具有响应快速无超调、对参数变化不敏感、鲁棒性较好、控制精度高、抗干扰性强等优点。

Control method of third-order actuator based on reference model and disturbance precise observation compensation

【技术实现步骤摘要】
基于参考模型和扰动精确观测补偿的三阶舵机控制方法
本专利技术属于舵机控制
，涉及一种舵机控制方法，具体涉及一种基于参考模型和扰动精确观测补偿的三阶弹用电动舵机控制方法。
技术介绍
舵机是导弹重要的控制元件，其控制性能的优劣决定着导弹的控制性能和打击精度。随着军事技术的发展，要求导弹具有更高的打击精度和更优越的控制性能。舵机越来越向高精度、小体积、承载能力强的方向发展，而电动舵机具有成本低、控制系统简单、寿命长等特点，在导弹上得到广泛应用。弹用电动舵机是一个非线性系统，不同飞行环境下工作导致的负载变化较大，具有不确定性和强干扰等特性。实际应用中弹用舵机常采用PID控制器，然而由PID控制器确定的舵机性能受负载及一些非线性因素影响较大，控制过程中会产生超调现象，加之舵机的一些性能指标要求之间相互制约，传统PID控制器难以达到理想的控制效果。为提高导弹在强干扰条件下和不确定环境中的控制精度，并避免超调，从而提高导弹的控制性能，亟需一种能够对扰动进行精确观测并在控制中加以补偿的工程实用舵机控制方法。基于“扰动能够影响被控输出，其作用反映在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于参考模型和扰动精确观测补偿的三阶舵机控制方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：/n步骤一、设计三阶舵机控制器：/n所述三阶舵机控制器采用内外环结构，内环由扩张状态观测器、非线性滑模控制器、三阶舵机模型三部分组成，外环包括参考模型、PD角度控制器；/n步骤二、建立三阶舵机模型/n从控制输入u到舵偏角θ的三阶舵机模型如下：/n

【技术特征摘要】
1.一种基于参考模型和扰动精确观测补偿的三阶舵机控制方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：
步骤一、设计三阶舵机控制器：
所述三阶舵机控制器采用内外环结构，内环由扩张状态观测器、非线性滑模控制器、三阶舵机模型三部分组成，外环包括参考模型、PD角度控制器；
步骤二、建立三阶舵机模型
从控制输入u到舵偏角θ的三阶舵机模型如下：



式中：为角速度，为角加速度，则x1＝θ,Ke为电机反电势系数，τm、τe分别为舵机机电时间常数与电磁时间常数，i为比例系数，u为控制量；
步骤三、选择参考模型
选择参考模型的形式如下：



式中：T表示参考模型时间常数，E表示参考模型阻尼系数，s表示拉氏变换中的复数参变量，θc为期望舵偏角指令，为参考模型输出；
步骤四、选择外环控制律
外环为角度控制环，控制律采用PD控制律：



式中：Kp为比例控制系数，Kd为微分控制系数，θc为期望角度；
步骤五、建立内环二阶控制模型
令角速度跟踪误差为e＝θc-θ，那么内环二阶控制模型为：



式中：为角加速度误差，为角速度误差的三阶导数，表示期望角速度，表示期望角加速度，表示期望的角速度三阶导数；
步骤六、建立二阶扩张状态观测器并设计状态观测器参数
针对内环二阶控制模型，建立如下形式二阶扩张状态观测器：



式中：Z1观测Z2观测Z3观测k1为扩张状态观测器设计参数；
步骤七、设计非线性滑模控制律
内环控制律采用非线性滑模控制律，依次进行滑模面设计和滑模控制律设计，其中：
所采用的滑模面为：
S＝sig(a1,e)+k2·a2·sig(2-1/a2,Z2+k1·sig(a1,e))/(2a2-1)；
式中：sig(h,x)＝((abs(x))h)·sign(x)...

【专利技术属性】
技术研发人员：韦常柱，李源，崔乃刚，孙立伟，许河川，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙;23