舵回路 - 基于PID控制的導(dǎo)彈分通道仿真

2．2．2 舵回路
??? 舵面的鉸鏈力矩對(duì)舵機(jī)的影響很大，飛行控制系統(tǒng)采用閉環(huán)回路設(shè)計(jì)，消除其影響。舵回路一般采用位置和速度兩種反饋補(bǔ)償方式消除鉸鏈力矩對(duì)其的影響。
??? 位置反饋的傳遞函數(shù)為：
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??? 當(dāng)因此，引入較強(qiáng)反饋，電機(jī)輸出轉(zhuǎn)交正比于輸入電壓，與反饋量成正比，而與鉸鏈力矩的大小無(wú)關(guān)。
??? 速度反饋的傳遞函數(shù)為：
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??? 根據(jù)以上分析，引入較強(qiáng)速度反饋時(shí)，則電機(jī)輸出角速度正比于輸入電壓，而與飛行狀態(tài)即鉸鏈力矩的大小無(wú)關(guān)。
??? 因此，舵機(jī)位置控制系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

3 分通道PID控制
??? 導(dǎo)彈飛行姿態(tài)是通過(guò)控制導(dǎo)彈的3個(gè)舵面(即升降舵、方向舵、滾動(dòng)舵)的偏轉(zhuǎn)，改變舵面的空氣動(dòng)力特性，形成圍繞導(dǎo)彈質(zhì)心的旋轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)飛行姿態(tài)的改變。角位置控制分為3個(gè)通道，俯仰通道(控制俯仰角)、偏航通道(控制偏航角)、滾動(dòng)通道(控制滾動(dòng)角)。
3．1 舵機(jī)的PID控制
??? 根據(jù)圖2所示的舵機(jī)位置控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖，其中電流環(huán)節(jié)采用電流計(jì)反饋，轉(zhuǎn)速反饋用速測(cè)發(fā)電機(jī)，位置反饋用光電編碼器。舵機(jī)采用三閉環(huán)控制設(shè)計(jì)，即電流環(huán)，轉(zhuǎn)速環(huán)和位置環(huán)?？捎谩芭R界比例度法”初步確定PID參數(shù)。此方法適用于已知對(duì)象傳遞函數(shù)的場(chǎng)合，閉合的控制系統(tǒng)中將調(diào)節(jié)器置于純比例作用下。從大到小逐漸改變調(diào)節(jié)器的比例度，得到等幅振蕩的過(guò)渡過(guò)程。此時(shí)的比例度成為臨界比例度δk，相鄰兩個(gè)波峰間的時(shí)間間隔稱為臨界振蕩周期Tk，由此計(jì)算出各個(gè)參數(shù)，即Kp、Ti、Td的值。

3．2 縱向通道控制
??? 傳統(tǒng)的控制方案是將舵機(jī)簡(jiǎn)化為一個(gè)放大環(huán)節(jié)，系統(tǒng)僅存在角速度反饋，其縱向通道傳遞函數(shù)為：

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式中，KM為傳遞系數(shù)，TM為時(shí)間常數(shù)，ξM為相對(duì)阻尼系數(shù)，T1為氣動(dòng)力常數(shù)。
??? 在設(shè)計(jì)精確考慮舵機(jī)環(huán)節(jié)的縱向通道時(shí)，需加入PID校正環(huán)節(jié)，分析系統(tǒng)使其滿足設(shè)計(jì)要求，圖3為其控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。

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3．3 橫向通道控制
??? 當(dāng)滾動(dòng)通道的輸入指令為零時(shí)，即保持滾動(dòng)角和角速度為零，則消除了俯仰通道和偏航通道的耦合作用，可分別控制3個(gè)通道。此時(shí)，對(duì)稱結(jié)構(gòu)導(dǎo)彈的俯仰通道和偏航通道的控制基本相同。
3．4 滾動(dòng)通道控制
??? 將舵機(jī)環(huán)節(jié)引入滾動(dòng)通道，與縱向通道及航向通道類似，引入PID校正環(huán)節(jié)，分析系統(tǒng)，其角速度傳遞函數(shù)為：
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??? 式中，KMx為傳遞系數(shù)，TMx為傾斜時(shí)間常數(shù)。