肖樹劍

摘 要：本文以某飛機(jī)液壓舵機(jī)為研究對(duì)象，對(duì)其工作原理、控制策略等前沿性問題進(jìn)行了探討，同時(shí)設(shè)計(jì)了模糊PID控制器，并對(duì)其進(jìn)行仿真分析，從而說明控制器的有效性。

關(guān)鍵詞：液壓舵機(jī)；模糊PID；仿真

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

舵機(jī)是飛機(jī)、導(dǎo)彈等飛行器飛行控制系統(tǒng)的重要組成部分，是一種高精度的位置伺服系統(tǒng)。當(dāng)舵機(jī)控制器接收到控制信號(hào)后，輸出控制指令來(lái)操縱飛行器舵面的偏轉(zhuǎn)，改變其航行姿態(tài)或軌跡，以達(dá)到控制飛行器飛行軌跡的目的。可見舵機(jī)的工作性能直接影響飛行控制精度和飛行安全，決定了飛行器的整體機(jī)動(dòng)性。

1 液壓舵機(jī)的工作原理

液壓舵機(jī)包括機(jī)械機(jī)構(gòu)和液壓控制系統(tǒng)兩部分，其中液壓控制系統(tǒng)又包括液壓系統(tǒng)和電路控制系統(tǒng)，機(jī)械機(jī)構(gòu)的作用是將液壓能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，推動(dòng)舵面偏轉(zhuǎn)。液壓系統(tǒng)的作用是向舵機(jī)提供足夠的液壓能，并設(shè)置所需的保護(hù)與控制裝置，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

系統(tǒng)的工作原理是通過控制伺服閥的閥口開度來(lái)控制進(jìn)入液壓缸的流量，控制活塞的位移大小，從而驅(qū)動(dòng)舵機(jī)的曲柄連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，達(dá)到控制舵面偏轉(zhuǎn)角度的目的，實(shí)現(xiàn)電路控制系統(tǒng)與機(jī)械系統(tǒng)之間的信號(hào)轉(zhuǎn)換。

2 液壓舵機(jī)的數(shù)學(xué)模型

力反饋電液伺服閥既是功率放大元件，又是電液轉(zhuǎn)換元件，接收的是駕駛儀的輸入電流，輸出的是液壓功率，其電磁力矩可表示為：

3 飛機(jī)液壓舵機(jī)控制器設(shè)計(jì)

對(duì)液壓舵機(jī)伺服系統(tǒng)的控制，其控制信號(hào)的數(shù)值與作動(dòng)筒的偏移量成正比，這就必須要求輸入控制信號(hào)與作動(dòng)筒的輸出位移量同步，精度與控制信號(hào)的大小一致。為此，本文設(shè)計(jì)了模糊PID控制器，考慮到要求保證模糊控制器的快速性和簡(jiǎn)易性，模糊控制系統(tǒng)通常以誤差變化率和系統(tǒng)誤差作為輸入變量，而控制量的增量作為輸出量。模糊PID控制器的結(jié)構(gòu)如圖2所示：

4 仿真分析

為了驗(yàn)證所設(shè)計(jì)模糊PID控制器具有良好的跟蹤特性，以單位階躍信號(hào)作為控制器的輸入，在MATLAB中進(jìn)行仿真分析，得到輸出響應(yīng)曲線，其局部放大部分如圖3所示。

仿真結(jié)果表明，與傳統(tǒng)PID控制相比，采用模糊PID策略的控制器，單位階躍響應(yīng)速度快，系統(tǒng)的超調(diào)量明顯減少?？梢姡疚脑O(shè)計(jì)的模糊PID控制器具有很好的控制性能。

5 結(jié)論

舵機(jī)是一種高精度的位置伺服系統(tǒng)，是飛行器自動(dòng)控制系統(tǒng)的重要組成部分， 本文以某飛機(jī)液壓舵機(jī)為研究對(duì)象，對(duì)液壓舵機(jī)的原理及動(dòng)態(tài)性能進(jìn)行了分析，從而找出影響舵機(jī)的因素。同時(shí)，根據(jù)液壓舵機(jī)伺服系統(tǒng)的控制特點(diǎn)，提出模糊PID控制策略，并進(jìn)行了仿真分析。結(jié)果表明，與常規(guī)PID控制策略相比，模糊PID控制可大大地提高了舵機(jī)伺服系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。

參考文獻(xiàn)：

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