坦克炮控系统自适应模糊滑模控制方法
冯 亮, 马晓军, 闫之峰, 李 华
(装甲兵工程学院控制工程系,北京100072)
摘 要:针对坦克炮控系统这一类非线性和不确定性的复杂对象控制问题,提出一种自适应模糊滑模控制方法。采用滑模控制与模糊逻辑相结合的方法,滑模开关函数的绝对值作为输入组成一维模糊逻辑推理器,它的输出用以在线调整一维模糊控制器的输出增益,依据Lyapunov稳定定理获得最终的控制量。系统中的滑模控制器保证了系统的快速跟踪性能;而模糊控制器抑制了闭环系统的各种扰动,在不牺牲系统鲁棒性的同时达到削弱抖振的目的。从理论上证明了系统的稳定性,并且通过仿真验证了该结果。仿真结果表明,该设计方法大大优于经典设计,而且结构简单,易于设计,为炮控系统实际设计提供了一种可行的方法。
关键词:坦克炮控系统;自适应模糊滑模控制;非线性;鲁棒性
中图分类号: TJ303. 8文献标识码: A文章编号: 1007-449X(2007)01-0065-05
1 引 言
坦克炮控系统的被控装置为炮塔、执行电机和方向机(减速器)。减速器齿轮组存在间隙,炮塔与车体之间存在库仑磨擦。此外,炮塔旋转中心与炮塔重心不重合造成偏心力矩,由于测量误差等原因,系统的参数存在不确定性[1-2],因此,炮控系统是一个内部存在强本质非线性环节的复杂系统。现有的坦克炮控系统是按照线性定常系统用经典控制理论设计的,因此不能补偿系统的非线性,不能达到满意的性能[3-4]。滑模变结构控制的优点是能够克服系统的不确定性,对干扰和未建模动态具有很强的鲁棒性,尤其是对非线性系统的控制具有良好的效果[5-8]。但缺点是其固有的抖振现象,会造成炮塔的不稳定,造成机械磨损、能源浪费,甚至影响射击精确度。将滑模控制与模糊控制结合起来,构成模糊滑模控制,这样不但保持了模糊控制器不依赖于系统模型的优点,解决了模糊控制系统的稳定性和鲁棒性问题,而且能柔化控制信号,减轻或避免一般滑模控制的抖振现象。
本文以现有的坦克炮控系统为研究对象,提出一种简单实用的自适应模糊滑模控制方法。该控制方法采用滑模开关函数的绝对值作为输入组成一维模糊逻辑推理器,它的输出用以在线调整一维模糊控制器的输出增益,并对坦克炮控系统进行了仿真实验。
2 坦克炮控系统及其数学模型
根据文献[10],坦克炮控系统中取输出角位移
 的控制方法,抗干扰能力强,具有较强的鲁棒性。图3可知本文提出的自适应模糊控制器的输出结果明显优于基本滑模控制,响应速度快,无超调,稳态误差为零,解决了滑模控制固有的抖振现象。图4可知,在系统存在不确定因素的情况下,传统PID控制、滑模控制跟踪性能会变差,并发生抖振现象,甚至会导致系统输出响应发生振荡。本文所提出的自适应模糊滑模控制不仅具有稳定的跟踪性能,而且具有满意的瞬态性能。
5 结 论
针对坦克炮控系统这种不确定、复杂的非线性控制对象,提出自适应模糊滑控制方法,既保持了常规滑模控制强鲁棒性的优点,又消除了滑模控制的抖振现象,使系统的输出具有良好的动态和稳态性能,没有超调和稳态误差,而且可以实现平衡快速跟踪。同时,采用了滑模控制,当系统状态进入滑动平面后,整个系统将对外界的扰动具有抗干扰性。仿真结果进一步验证了这种控制方法的有效性,能从本质上提高系统的稳定精确度,因此该方法对于实际炮控系统设计是一个可行的解决方案。
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