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题目:基于全局滑模的高性能伺服转台控制系统研究

关键词:伺服转台,全局滑模,干扰观测器,扩张状态观测器,模糊控制

  摘要



        飞行仿真转台作为半实物仿真和测试的关键设备,其性能直接影响仿真实验和测试结果的可靠性。转台伺服系统从本质上说是一种复杂的机电一体化系统,存在诸如外界干扰,参数变化,刚度不足引起的机械变形等影响系统性能的不确定因素。本文主要从控制的角度探讨提高转台伺服控制系统的性能,重点在提高系统的鲁棒性和跟踪性能。

        针对传统滑模达到阶段易受到系统不确定性影响的问题,本文提出了一种采用积分滑模面的全局滑模控制;针对抖振问题提出了基于观测器的方法和模糊控制方法。基于本文的研究对象和研究的问题,文章的主体内容分为三个部分:

        第一部分主要介绍了转台伺服系统的建模以及基于RTX的转台实时控制系统。首先建立直流伺服电机的数学模型,并以此为基础建立转台伺服系统的广义简化模型;其次介绍了RTX实时子程序结构、特点及转台控制系统的运行机制。

        第二部分内容为基于观测器的全局滑模方法。首先给出一种积分滑模面的设计方法,在此基础上研究了基于干扰观测器的全局滑模控制器;针对干扰观测器依赖名义模型的特点,本部分还着重研究了扩张状态观测器在转台伺服系统中的应用,并在观测器方法的框架下设计了基于扩张状态观测器的全局滑模方法。仿真和实验结果表明基于观测器的方法能有效的提高系统的跟踪性能和鲁棒性,减小控制量中的抖振。

        第三部分内容为模糊控制在全局滑模控制中的应用。发挥模糊控制在处理系统不确定性问题的优点,设计模糊控制器在线地估计干扰的上界,避免切换增益选取过程中的盲目性,研究了一种基于模糊干扰上界估计的自适应全局滑模控制器,仿真结果表明,该方法能自适应的估计干扰上界,能增强系统鲁棒性,并且控制量很平滑。