[发明专利]一种基于内中外三层回路的电动舵机设计方法

说明书

本发明是关于一个通过测量舵机舵偏角、舵偏角速度以及电机电流形成内中外三层回路滑模控制舵机快速平滑响应的方法。根据舵偏角与舵偏角指令进行对比得到舵偏角误差，然后组合舵偏角速度以及其非线性变化与积分组成外环非线性滑模再比例变换生产角速度期望信号，再与角速度信号进行对比，生成角速度误差信号，经过超前变换与滤波变换以及角度误差非线性组成中层角速度非线性滑模，并通过比例非线性变换得到内环电流期望信号，根据电流误差以及超前与滤波、非线性变换组成内环电流滑模，最终形成电流控制总信号，驱动舵机快速平稳的响应，从而使得本方法具有平滑性与快速性较好的优点。

技术领域

本发明涉及工业电动舵机快速控制领域，具体而言，涉及一种基于内中外三层回路的电动舵机设计方法。

背景技术

舵机被广泛应用与军民两用领域，工业中舵机被应用与各种商业飞行器，如民航客机等等，同时也被很多控制系统作为最后也是最关键的一环，即当作执行机构来实现控制指令，完成被控对象的控制任务，如飞行器的转弯、船舶的转向等等。而舵机的品质中，有的追求快速性，有的追求平稳性如无超调、无震荡；有的对舵机系统要求功率大，带负载能力强。而传统的舵机系统一般是采用舵偏角与舵偏角速度反馈进行PID控制，但对快速性与平稳性要求都非常高的系统，往往容易出现两者难以兼顾的问题，即有的时候调整参数使得舵机快速性较好时，舵机响应抖动较大，不够平稳；而有的时候调整参数使得舵机比较平稳无抖动时，响应速度又比较慢，难以满足需要。基于上述背景原因，本发明提出一种采用内中外三层回路组成非线性滑模实现逐层反馈滑模控制的方法，能够较好的兼顾舵机的快速性与平稳性，从而使得本发明具有较好的工程应用推广价值。

需要说明的是，在上述背景技术部分发明的信息仅用于加强对本发明的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于内中外三层回路的电动舵机设计方法，进而克服了由于相关技术缺陷导致的舵机快速性与平稳性不能兼顾的问题。

根据本发明的一个方面，提供一种基于内中外三层回路的电动舵机设计方法动，包括以下四个步骤：

步骤S10，采用角度传感器测量电动舵机的舵偏角，记作δ；采用速度传感器，测量电动舵机的舵偏角速度，记作ω。采用电流传感器测量舵机内部直流电机的电流，记作I。

步骤S20，根据所述的电动舵机的舵偏角信号与电动舵机的输入指令信号进行对比，得到电动舵机的舵偏角误差信号；根据舵偏角误差信号进行非线性变换后得到舵偏角误差非线性变换信号，再积分，得到舵偏角误差非线性积分信号；根据舵偏角速度信号进行非线性变换，得到角速度非线性变换信号；再根据舵偏角误差信号、舵偏角误差非线性积分信号与舵机角速度信号、舵偏角误差非线性变换信号、角速度非线性变换信号叠加得到角误差非线性滑模信号，并进一步解算角速度期望信号。

步骤S30，根据所示的角速度期望信号与舵偏角速度信号进行比较，得到角速度误差信号；然后对角速度误差信号进行超前校正，得到角速度误差超前信号；再进行滤波整理，得到角速度误差超前滤波信号；再进行非线性变换，得到角速度误差超前滤波非线性信号；再对角速度误差信号进行指数型非线性变换，得到角速度误差非线性信号；再进行积分运算，得到角速度误差非线性积分信号；最后叠加角速度误差信号、角速度误差非线性信号、角速度误差非线性积分信号、角速度误差超前滤波信号、角速度误差超前滤波非线性信号得到角速度非线性滑模，然后进行比例放大与非线性变换得到电流期望信号。