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1、第19卷 第3期宇 航 学 报Vol.19No.31998年7月JOURNALOFASTRONAUTICSJul.1998转台伺服系统变模态控制器最优切换状态设置李秋明 冯汝鹏 于 镭 刘升才(哈尔滨工业大学惯导中心·哈尔滨·150001) 摘 要 本文对转台伺服系统变模态控制的切换问题进行了探讨,分析了切换后控制器状态设置问题。给出了最优切换状态设置方法。最后,介绍了转台伺服系统数字控制器状态设计的实际算法及结果。主题词 转台 伺服系统 变模态控制 切换状态OPTIMALSWITCHSTATESETTI
2、NGOFVARY-MODELCONTROLLERINTHETURNTABLE'SSERVOSYSTEMLiQiumingFengRupengYuLeiLiuShengcai(InertialNavigationTestEquipmentResearchCenter,HarbinInstituteofTechnology·Harbin·150001)AbstractThispaperhadthoroughlydiscussedtheproblemofswitchinthevary2modelcontrol,a
3、ndanalyzedtheswitchstatesettingofthecontroller.Furthermore,theoptimalswitchstatesettingmethodisoffered.Inconclusion,thepracticalstatesettingwayandresultofturntable'sdigitalcontrollerisintroduced.KeywordsTurntableServosystemVary2modelcontrolSwitchstate1 引 言
4、随着惯导器件水平的不断发展,对惯导测试转台的要求越来越高。快速、无超调、高精度是这类伺服系统的重要技术指标。同时满足这三项指标,传统的设计方法已很难达到要求,根据国外的情况和我们的实践,这类系统多采用变模态控制。变模态控是将控制过程分成不同模态,也就是将控制任务分解成子任务分阶段来完成。它可以在系统运行的不同阶段,选用合适的控制律,组合简单的控制方法实现高品质控制。在这种控制方法中,不本文于1995年12月1日收到80宇航学报第19卷同模态间的切换是影响整个系统性能的关键。切换时两个重要因素是切换条件的选取
5、和进入新的控制模态时控制器的初始状态设置。本文讨论了最优切换状态设置问题及切换条件的选取,并针对某型转台伺服系统数字控制器介绍了实际的算法及实验结果。2 变模态控制器设计根据转台伺服系统的要求,可将整个控制过程分成无超调快速归零和保证高精度两个状态。无超调快速归零由PD测速反馈系统完成,保证高精度由Ë型系统来完成。采用数字控制系统设计。PD测速反馈系统:这种系统的设计思想是用测速反馈构成宽频带的速度环来抑制干扰,用窄频带的位置环实现位置跟踪。这类系统的特点是动特性好,对速度环的输入进行限幅后,可调整电机的最
6、高转速。控制器形式为式(211)(输入是位置阶跃信号)。Kp的大小应保证该系统精度达到011°,Kd的值应设计成临界阻尼系统,以保证无超调响应。高精度的Ë型系统:Ë型系统是在校正网络中加入积分环节。其特点是静态刚度无究大,抗干扰能力最强。但由于系统有-270°的初始相角,补偿后其动态特性不会很好。其控制器形式为式(212)aaau(z)=Kp(Hr-H(z))+Kd(Hr-H(z))=Kpe(z)-Kde(z)(211)u(z)=D(z)e(z)-1-1(212)1+az1+cz1D(z)=kd-1õ-1õ
7、-11+bz1+dz1-z 切换条件的确定:切换条件的确定也即切换时对象状态的选取从理论上证明比较困难,一般都是根据实[1]际情况而定,根据李雅普诺夫第二法,在切换时,系统应具有较小的能量,否则将会出现振荡等不稳定现象。这种能量可以用切换时系统的速度v或者给电机的控制量u来表示。本文选择的切换条件是位置偏差小于012°并且v<0105°ös。这里还要注意切换时的位置偏差是Ë型系统稳定的范围而且也是PD测速反馈控制能够达到的范围。在进入新的控制模态时,还需对控制器的状态进行重新设置,否则会出现振荡、切换失败
8、等现象。3 控制器的最优切换状态设置设某离散线性定常控制系统,其控制器动态方程为:Xc(k+1)=A1Xc(k)+B1Uc(k)(311)Yc(k)=C1Xc(k)+D1Uc(k)式中,Xc,Uc,Yc分别为控制器的状态向量、输入向量及输出向量。受控对象的动态方程为:XG(k+1)=A2XG(k)+B2UG(k)(312)YG(k)=C2XG(k)第3期李秋明等:转台伺服系统变模态控制器最优切换状态设置81式中,
