基于模糊PID的飞机液压舵机控制策略研究

肖树剑

摘 要：本文以某飞机液压舵机为研究对象，对其工作原理、控制策略等前沿性问题进行了探讨，同时设计了模糊PID控制器，并对其进行仿真分析，从而说明控制器的有效性。

关键词：液压舵机；模糊PID；仿真

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

舵机是飞机、导弹等飞行器飞行控制系统的重要组成部分，是一种高精度的位置伺服系统。当舵机控制器接收到控制信号后，输出控制指令来操纵飞行器舵面的偏转，改变其航行姿态或轨迹，以达到控制飞行器飞行轨迹的目的。可见舵机的工作性能直接影响飞行控制精度和飞行安全，决定了飞行器的整体机动性。

1 液压舵机的工作原理

液压舵机包括机械机构和液压控制系统两部分，其中液压控制系统又包括液压系统和电路控制系统，机械机构的作用是将液压能转换成机械能，推动舵面偏转。液压系统的作用是向舵机提供足够的液压能，并设置所需的保护与控制装置，其结构如图1所示。

系统的工作原理是通过控制伺服阀的阀口开度来控制进入液压缸的流量，控制活塞的位移大小，从而驱动舵机的曲柄连杆机构进行转动，达到控制舵面偏转角度的目的，实现电路控制系统与机械系统之间的信号转换。

2 液压舵机的数学模型

力反馈电液伺服阀既是功率放大元件，又是电液转换元件，接收的是驾驶仪的输入电流，输出的是液压功率，其电磁力矩可表示为：

3 飞机液压舵机控制器设计

对液压舵机伺服系统的控制，其控制信号的数值与作动筒的偏移量成正比，这就必须要求输入控制信号与作动筒的输出位移量同步，精度与控制信号的大小一致。为此，本文设计了模糊PID控制器，考虑到要求保证模糊控制器的快速性和简易性，模糊控制系统通常以误差变化率和系统误差作为输入变量，而控制量的增量作为输出量。模糊PID控制器的结构如图2所示：

4 仿真分析

为了验证所设计模糊PID控制器具有良好的跟踪特性，以单位阶跃信号作为控制器的输入，在MATLAB中进行仿真分析，得到输出响应曲线，其局部放大部分如图3所示。

仿真结果表明，与传统PID控制相比，采用模糊PID策略的控制器，单位阶跃响应速度快，系统的超调量明显减少。可见，本文设计的模糊PID控制器具有很好的控制性能。

5 结论

舵机是一种高精度的位置伺服系统，是飞行器自动控制系统的重要组成部分， 本文以某飞机液压舵机为研究对象，对液压舵机的原理及动态性能进行了分析，从而找出影响舵机的因素。同时，根据液压舵机伺服系统的控制特点，提出模糊PID控制策略，并进行了仿真分析。结果表明，与常规PID控制策略相比，模糊PID控制可大大地提高了舵机伺服系统的动态特性。

参考文献：

[1]刘延俊，于刚，赵敬伟.基于模糊神經元网络的阀控马达系统仿真[J].山东大学学报，2006（04）：96-99.

[2]王昌，李天石，黎晖.基于智能积分因子的三维模糊控制器及其应用[J].机床与液压，2004（04）：47-48.endprint