屈斌 李曉崢 萬迪

摘 要：多電飛機機電作動伺服系統(tǒng)具有動態(tài)性特征，有著高階非線性的特點，對系統(tǒng)進行控制時，應當滿足精度的要求，基于此，提出了反演控制方法，這種控制方法利用了障礙Lyapunov函數(shù)，同時還運用了切換滑?？刂品椒?。針對齒隙非線性進行反演控制時，設計了一種全新的終端滑?？刂破?，這種控制器具有更強的魯棒性和更高的控制精度。

關鍵詞：多電飛機;機電作動;伺服系統(tǒng);控制

前言

多電飛機是重要的飛行交通工具，也是重要的飛行作戰(zhàn)工具，要想讓飛機在空中飛行，必須要提供飛行動力，機電系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)和其他幾個系統(tǒng)都可以提供動力，要想對飛機進行控制，必須要對機電作動伺服系統(tǒng)進行設計，在電動舵機伺服系統(tǒng)的作用下，飛機能夠被精確控制，為了更好地進行控制，應當對電動舵機控制技術進行優(yōu)化，進一步提高伺服控制的精確性。

1 電動舵機系統(tǒng)的反演控制

1.1利用障礙Lyapunov函數(shù)方法進行反演控制

Lyapunov函數(shù)（CLF）能夠判斷出系統(tǒng)是否穩(wěn)定，可以利用CLF對系統(tǒng)控制器進行設計和分析。目前，對伺服系統(tǒng)控制的研究都是以CLF存在為前提的，沒有一種通用的方法能夠?qū)Ψ蔷€性系統(tǒng)進行控制。反演控制方法能夠得到虛擬控制量，讓系統(tǒng)滿足分項CLF的需求，系統(tǒng)可以進行反演遞推，通過這種方法得到整個系統(tǒng)的CLF，同時還能夠得到反饋控制率。這種方法不僅運用了CLF的構造，還加入了振動控制率，將兩者相互融合之后，就能夠讓系統(tǒng)更加完善，實現(xiàn)了自適應控制，確保電動舵機系統(tǒng)能夠在嚴格反饋系統(tǒng)中使用，也能夠在純反饋系統(tǒng)中運用，保證電動舵機系統(tǒng)的閉環(huán)穩(wěn)定性。

反演控制具有非常多的優(yōu)點，反演控制能夠讓控制設計更加規(guī)范和靈活，可以更好地對高階非線性系統(tǒng)進行控制，利用虛擬控制器和分項CLF提高機電作動伺服系統(tǒng)的運動品質(zhì)，當系統(tǒng)中出現(xiàn)非匹配不確定的情況時，反演控制能夠及時分析和解決這個問題。伺服系統(tǒng)有較多非線性的部分，過去的控制技術必須要注意增長性約束條件，而反演控制打破了這個限制，能夠?qū)芏嗉毠?jié)部分進行控制。但是反演控制經(jīng)常會出現(xiàn)計算膨脹的情況，可以利用動態(tài)面控制進行優(yōu)化，刪除過去的求導過程，在相同的部位引入動態(tài)方程，讓控制率更加簡單[1]。

1.2利用電動舵機系統(tǒng)輸出約束進行反演控制

在電動舵機系統(tǒng)控制器的設計中，要明確設計的主要目的，確保舵面能夠按照定位進行追蹤，避免電動舵機伺服系統(tǒng)出現(xiàn)故障，在控制器的作用下保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行。系統(tǒng)結構運用了余度結構，由三個部分組成，第一個部分是位置控制器，第二個部分是驅(qū)動器，第三個部分是PMSM電機。系統(tǒng)運用了差動周轉(zhuǎn)輪，對電動舵機系統(tǒng)驅(qū)動軸的機械運動進行綜合和簡化，在運動的時候，讓系統(tǒng)的轉(zhuǎn)數(shù)更低，讓運動的扭矩更高，在傳動鏈的運動中，舵面的收放動作將會變得更加自然。反演控制能夠簡化設計的流程，在確定Lyapunov函數(shù)的時候，能夠同時對系統(tǒng)控制器進行設計，將整個系統(tǒng)劃分為幾個子系統(tǒng)，之后就可以對子系統(tǒng)進行控制量和CLF的設計。在控制率和振動控制器的設計中，可以運用逐層修正算法，在更大的范圍中進行調(diào)整和跟蹤。為了減小穩(wěn)態(tài)誤差，可以將積分項應用到虛擬控制中，在確定函數(shù)的時候選擇BLF。在電動舵機系統(tǒng)輸出約束的仿真研究中，舵面能夠圍繞輸出軸進行運動，運動軌跡與正弦運動的軌跡非常相似，符合設計的預期，舵面位置的控制也非常精確，在運動控制中沒有出現(xiàn)過大的超調(diào)量，運動的速度比較快，轉(zhuǎn)角部分的誤差沒有超出預定的范圍。

1.3對電動舵機系統(tǒng)進行反演滑模切換控制

在電動舵機系統(tǒng)控制器的設計中，應當注意全局收斂性的情況，很多方法都無法徹底解決這一問題，可以利用反演滑模切換控制方法，這種控制方法更加簡單，滑?？刂颇軌?qū)θ质諗啃赃M行控制，把約束量控制在收斂域的范圍內(nèi)。在飛機機電作動伺服系統(tǒng)的控制設計中運用滑模切換控制的方法，能夠讓舵面運動擺脫初始條件的束縛，無論最開始處于哪種初始條件中，都能夠調(diào)整系統(tǒng)的運動狀態(tài)，更加精確地進行控制。經(jīng)過仿真模擬，證明了系統(tǒng)可以將誤差控制在一定的范圍內(nèi)，在消除穩(wěn)態(tài)誤差方面具有非常好的效果，舵機系統(tǒng)能夠在更短的時間內(nèi)進行動態(tài)響應。對系統(tǒng)的抗擾動性進行分析時，用不同的負載方式進行模擬，經(jīng)過比較，發(fā)現(xiàn)本文設計的控制方法能夠縮小震蕩的幅度，跟蹤誤差也沒有超出設定的范圍，在電流信號曲線的分析中，證明了系統(tǒng)能夠?qū)Τ{(diào)量進行控制，避免超調(diào)量超出預定的范圍，利用反演滑模切換控制進行優(yōu)化設計后，電動舵機系統(tǒng)的控制也變得更加精確，系統(tǒng)能夠更好地控制超調(diào)量[2]。

2 電動舵機系統(tǒng)齒隙補償控制

2.1終端滑模控制

滑?？刂剖且环N非線性的控制方法，這種控制方法實現(xiàn)了非連續(xù)性控制，系統(tǒng)可以隨時進行切換，發(fā)揮不同的控制作用，讓電動舵機系統(tǒng)按照設計好的軌跡進行運動。系統(tǒng)的運動軌跡相對獨立，不會受到外界環(huán)境的干擾，也不會受到內(nèi)部參數(shù)的影響，所以滑模控制有著非常好的魯棒性。早期的研究中，一般會采用線性滑模的控制方式，雖然線性滑?？刂颇軌虮ＷC系統(tǒng)的穩(wěn)定性，但是會嚴重影響系統(tǒng)運動的速度，系統(tǒng)經(jīng)常會偏離設計的軌跡。在滑模面的優(yōu)化設計中，應入了神經(jīng)網(wǎng)絡的相關知識，在設計的過程中使用了吸引子函數(shù)，引入了非線性項，這種滑?？刂品椒ň褪墙K端滑?？刂?，能夠更好地縮小跟蹤誤差，甚至可以將誤差收斂為零。這種方法的精確性和魯棒性都比較強，而且響應的速度也比較快，運算比較簡單，需要進行計算的數(shù)值較少，在伺服系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的作用。

2.2無抖振滑?？刂?/p>

滑?？刂朴兄贿B續(xù)開關的特點，系統(tǒng)在運動的過程中很容易出現(xiàn)抖振的情況，雖然系統(tǒng)運動必然伴隨著抖振現(xiàn)象，但是可以在系統(tǒng)的優(yōu)化設計中減弱抖振，對抖振的幅度進行控制，通常會使用以下三種方法：第一，可以使用邊界層的方法控制抖振，刪除原本的開關函數(shù)，用飽和函數(shù)進行代替，也可以使用終端吸引子進行代替，新的函數(shù)具有較強的適應性，在各種滑?？刂葡到y(tǒng)中都能夠呈現(xiàn)很好的效果。第二，可以使用“Chattering Attenuation”方法削弱抖振，這種算法能夠保證控制量練的連續(xù)性和滑模面的連續(xù)性，但是該算法需要更多的滑模面，會增加收斂的時長。第三，高階滑模算法，這種算法會受到系統(tǒng)特性的影響，運算的過程比較復雜。

降低切換項增益有利于削弱抖振，可以使用以下幾種方法：第一，利用自適應調(diào)節(jié)增益進行控制，縮小系統(tǒng)抖振的幅度。第二，利用干擾觀測器進行控制，非匹配復合干擾一般都是未知的，而且很難確定上界，如果切換增益過大，就會影響滑?？刂频男Ч?。使用干擾觀測器之后，能夠得到更加準確的干擾估值，根據(jù)干擾估值增加補償項，以此來降低切換項增益，減弱抖振。第三，利用多面化膜進行控制，多面滑模需要對滑模面的斜率進行設計，增強系統(tǒng)的穩(wěn)定性和高效性。第四，在系統(tǒng)設計中應用趨近律的方法，趨近律包含多種方法，如冪次趨近律以及指數(shù)趨近律。

結論：

本文設計的電動舵機系統(tǒng)控制方法能夠讓系統(tǒng)的響應更加快速，讓系統(tǒng)具有更強的抗擾動性和控制精度，切換控制方法打破了初始條件的束縛，系統(tǒng)能夠在各種初始條件中進行運動，對于未知干擾，系統(tǒng)控制的函數(shù)設計中運用了積分項，能夠讓系統(tǒng)更加穩(wěn)定，讓控制更加精確。

參考文獻：

[1]張卓然，許彥武，于立，等.多電飛機高壓直流并聯(lián)供電系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀與關鍵技術[J].航空學報，2021，42（06）：12-25.

[2]孟繁鑫，王瑞琪，高贊軍，等.多電飛機電動環(huán)境控制系統(tǒng)關鍵技術研究[J].航空科學技術，2018，29（02）：1-8.