舵面的鉸鏈力矩對舵機的影響很大,飛行控制系統采用閉環回路設計,消除其影響。舵回路一般采用位置和速度兩種反饋補償方式消除鉸鏈力矩對其的影響。
位置反饋的傳遞函數為:
當因此,引入較強反饋,電機輸出轉交正比于輸入電壓,與反饋量成正比,而與鉸鏈力矩的大小無關。
速度反饋的傳遞函數為:
根據以上分析,引入較強速度反饋時,則電機輸出角速度正比于輸入電壓,而與飛行狀態即鉸鏈力矩的大小無關。
因此,舵機位置控制系統的系統結構如圖2所示。
3 分通道PID控制
導彈飛行姿態是通過控制導彈的3個舵面(即升降舵、方向舵、滾動舵)的偏轉,改變舵面的空氣動力特性,形成圍繞導彈質心的旋轉矩,實現飛行姿態的改變。角位置控制分為3個通道,俯仰通道(控制俯仰角)、偏航通道(控制偏航角)、滾動通道(控制滾動角)。
3.1 舵機的PID控制
根據圖2所示的舵機位置控制系統結構框圖,其中電流環節采用電流計反饋,轉速反饋用速測發電機,位置反饋用光電編碼器。舵機采用三閉環控制設計,即電流環,轉速環和位置環。可用“臨界比例度法”初步確定PID參數。此方法適用于已知對象傳遞函數的場合,閉合的控制系統中將調節器置于純比例作用下。從大到小逐漸改變調節器的比例度,得到等幅振蕩的過渡過程。此時的比例度成為臨界比例度δk,相鄰兩個波峰間的時間間隔稱為臨界振蕩周期Tk,由此計算出各個參數,即Kp、Ti、Td的值。
3.2 縱向通道控制
傳統的控制方案是將舵機簡化為一個放大環節,系統僅存在角速度反饋,其縱向通道傳遞函數為:
式中,KM為傳遞系數,TM為時間常數,ξM為相對阻尼系數,T1為氣動力常數。
在設計精確考慮舵機環節的縱向通道時,需加入PID校正環節,分析系統使其滿足設計要求,圖3為其控制系統結構框圖。
3.3 橫向通道控制
當滾動通道的輸入指令為零時,即保持滾動角和角速度為零,則消除了俯仰通道和偏航通道的耦合作用,可分別控制3個通道。此時,對稱結構導彈的俯仰通道和偏航通道的控制基本相同。
3.4 滾動通道控制
將舵機環節引入滾動通道,與縱向通道及航向通道類似,引入PID校正環節,分析系統,其角速度傳遞函數為:
式中,KMx為傳遞系數,TMx為傾斜時間常數。
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