一种参数不匹配油门伺服系统的时滞控制方法

技术领域

本发明涉及自动油门控制系统时滞控制技术领域，尤其涉及一种参数不匹配油门伺服系统的时滞控制方法。

背景技术

飞机发动机操纵系统，又称为油门操纵系统，是飞机动力装置中的关键系统之一。该系统通过操纵油门手柄，以控制发动机在不同工作状态下的起动、停车和运转，以满足飞行员在不同任务下对发动机推力进行控制的需求。

油门伺服系统由于执行机构的复杂结构，普遍具有时滞特性。在实际工作中，为了保证齿轮的正常工作，齿轮传动机构中存在一定的齿隙。这种齿隙一方面防止由于工作温度变化引起的弹性变形导致齿轮卡死，另一方面在非工作齿面之间储存润滑油。然而，这种齿隙的存在也会导致时滞。此外，油门伺服机构中的数据信息传递采用网络控制，网络通信的带宽有限、资源竞争和拥塞等原因，不可避免地导致信息传送中产生时滞。

时滞的存在会导致系统在控制作用产生后在一定时间范围内没有响应，使得系统无法及时调整以适应被控制量的变化。这可能引起系统的动态过程产生明显的超调量，需要较长的调节时间，因此时滞特性会降低控制系统的稳定性。

经典的Smith预估控制方法能够完全补偿时滞环节，但在实际工程应用中，尽管可以在线识别时滞参数，实际时滞参数与理论设计参数存在一定误差。Smith预估控制方法依赖精准的数学模型，当模型参数变化时，控制效果明显变差，从而限制了Smith预估控制在工业中的应用。现有技术中提出的反馈增量自适应补偿控制方案，则具有更好的模型自适应性和鲁棒性。然而，由于参数误差的存在，使得识别器T

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出了一种参数不匹配油门伺服系统的时滞控制方法，以消除时滞对油门伺服系统控制稳定性的影响。

为实现上述目的，本发明提供了一种参数不匹配油门伺服系统的时滞控制方法，包括：

构建油门伺服系统的数学模型；

基于所述油门伺服系统的数学模型，设计控制器并获取控制器参数，进行在线识别，基于在线识别结果完成对油门伺服系统的时滞控制。

优选地，构建所述油门伺服系统的数学模型，包括：

将实际油门伺服系统简化为双操纵系统模型，基于简化后的双操纵系统模型构建所述油门伺服系统的数学模型，其中，所述双操纵系统模型包括油门杆驱动部模拟子模型和油门杆驱动部的负载力矩子模型。

优选地，所述油门伺服系统的数学模型为：

V

T

F

F

F

T

θ

式中，U

优选地，所述控制器参数包括控制器传递函数W

优选地，基于所述在线识别结果完成对油门伺服系统的时滞控制，包括：

基于所述在线识别结果，获取时滞的理论值；

当实际时滞参数与所述时滞的理论值不匹配时，采用改进型Smith预估器，通过PD控制器，将输入通过实际模型部分的输出以及输入通过控制器部分的输出之间的误差超前反馈至控制器，计算油门伺服系统的闭环特征方程，获得识别器参数，当所述识别器参数满足预设关系时，确定控制条件。

优选地，所述油门伺服系统的闭环特征方程为：

式中，D(s)为系统的闭环特征方程，G

优选地，所述预设关系为：

T

其中，T

优选地，确定所述控制条件，包括：

当τ

当τ

与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：

本发明采用了更加先进的自适应控制方法，对参数误差进行补偿。通过加入一个PD控制器，使得系统的闭环特征方程中时滞参数误差项由

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例的实际油门伺服系统结构示意图；

图2为本发明实施例的双操纵系统结构示意图；

图3为本发明实施例的设计的控制器结构及其参数示意图；

图4为本发明实施例的最终的时滞控制方法流程图；

图5为本发明实施例的油门伺服系统模型示意图；

图6为本发明实施例的系统Bode图；

图7为本发明实施例的系统输出的角度响应值示意图；

图8为本发明实施例的控制效果示意图；

图9为本发明实施例的τ

图10为本发明实施例的τ

图11为本发明实施例的τ

图12为本发明实施例的τ

图13为本发明实施例中超前校正环节对应的Bode图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

本发明提出了一种参数不匹配油门伺服系统的时滞控制方法，包括：

S1、构建油门伺服系统的数学模型；

将实际油门伺服系统(如图1)简化为双操纵系统模型(如图2)，基于简化后的双操纵系统模型构建油门伺服系统的数学模型，其中，双操纵系统模型包括油门杆驱动部分、对油门杆驱动部分的负载力矩模拟部分。

其数学模型建立如下：

V

T

F

F

F

T

θ

在油门杆驱动部分中，U

在输入轴力矩模拟部分中，与前述参数类似，对应参数下标替换为2，r

S2、基于油门伺服系统的数学模型，设计控制器并获取控制器参数，进行在线识别，基于在线识别结果完成对油门伺服系统的时滞控制。

设计的控制器结构及其参数如图3，其中，控制器传递函数为W

S2.1、基于在线识别结果，获取时滞τ的理论值τ

S2.2、当实际时滞参数与识别所得时滞参数不匹配时，通过识别器1+T

S2.3、计算系统的闭环特征方程：

可以得到识别器参数T

由于此条件，可以看出当τ

S2.4、考虑当τ

S2.5、综上，最终的时滞控制方法如图4。

为了更加清楚的表达本发明的技术方案，下面提供具体实施例进行方案介绍：

S1：简化实际油门伺服系统，建立油门伺服系统的数学模型；

进一步的实施方式在于，步骤S1中，数学模型如下所示：

V

T

F

F

F

T

θ

再以如表1参数的油门杆驱动电机以及负载模拟电机为例，计算上述模型中的相关参数。

表1

计算得：

R

将上述参数代入如图5的模型中即可得到油门伺服系统模型。

S2：基于数学模型，设计控制器并获取控制器参数，完成时滞控制算法进一步的实施方式在于，步骤S2中，设计时滞控制算法的方法为：

S21：基于在线识别结果，获取时滞τ的理论值τ

S22：当实际时滞参数与识别所得时滞参数不匹配时，采用改进型Smith预估器，通过识别器1+T

S23：计算系统的闭环特征方程：

选取识别器参数T

S24：结合采用超前校正的方法，即在原方案前串联

由于时滞环节的存在，导致系统的截止频率提前，相位滞后，因此，为了使系统稳定，可以通过对系统进行超前校正，提供正的相移。设串联的超前校正环节的传递函数为

φ＝∠G(jω)＝arctan aTω-arctan Tω

如图13，在时滞环节较小时，可以串联一个超前校正环节对系统进行校正，相位超前主要发生在频段

在本实施例中根据系统Bode图(图6)，选取超前校正环节参数T＝0.00011，a＝500。

S25：综上，串联超前校正环节与改进型Smith预估器，得到最终的时滞控制方案。

通过simulink仿真对上述方案进行检验，选取理论时滞参数τ

(1)当未采取时滞控制时，系统输出的角度响应值如图7所示；

(2)当实际理论参数为τ

(3)当实际理论参数τ

1)τ

2)τ

3)τ

4)τ

从上述结果中可以看出，在时滞模型准确时以及模型参数存在一定误差时，该控制方案均能良好的补偿时滞带来的影响，使输出响应迅速收敛于理想值。

在实际时滞参数与理论设计时滞参数存在误差时，控制效果往往严重下降的问题。传统方法往往无法有效处理这种参数误差，导致控制性能下降，甚至无法满足系统的稳定性和性能要求。本发明采用了更加先进的自适应控制方法，对参数误差进行补偿。通过加入一个PD控制器，使得系统的闭环特征方程中时滞参数误差项由

以上，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。