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复合控制器设计方案

【摘要】:当采用滑模变结构控制方法对坦克高低向炮控系统进行控制时,炮控系统本身大惯量的存在,使得系统抖振更大,从而影响坦克炮的瞄准和跟踪。因此,根据上两节的介绍,我们设计一个基于滑模变结构和自抗扰控制技术的复合控制器来对坦克高低向炮控系统进行控制。因此,针对上一章节中坦克高低向炮控系统,综合式和式可得出复合控制器的控制律设计如下:式中,e表示与平衡点的误差,δ>0为系统的调节参数,u0的表达式见式。

通常所说的复合控制是开环控制和闭环控制相结合的一种控制方式,即在闭环控制回路的基础上,附上一个输入信号或扰动信号的开环补偿通道,用来提高系统的控制精度。这种复合控制的主要特点是:具有很高的控制精度;几乎可以抑制可量测扰动,甚至是低频强扰动;补偿器的参数要求具有较高的稳定性。在我国比较先进的坦克炮控系统中广泛应用了上述形式的复合控制。

然而,本书讲的复合控制结合两种或者多种控制算法的优点,使系统依据不同阶段的特点使用不同的控制方法进行控制,以达到一种整体最优性,并提高系统的鲁棒性。比如,模糊滑模变结构控制[111]、基于反演设计的滑模控制[112,113]、鲁棒自适应控制[114,115]等都是结合了两种控制算法优点的复合控制方法。

当采用滑模变结构控制方法对坦克高低向炮控系统进行控制时,炮控系统本身大惯量的存在,使得系统抖振更大,从而影响坦克炮的瞄准和跟踪。文献[116]中提到,对于飞行器的姿态跟踪等问题,我们可以设计基于扩张状态观测器的滑模控制器,通过扩张状态观测器来实时估计系统的外扰以及内部未建模动态。本书中,我们把滑模控制所产生的抖振看作系统内扰的一部分,运用扩张状态观测器对其实时估计并补偿。因此,根据上两节的介绍,我们设计一个基于滑模变结构和自抗扰控制技术的复合控制器来对坦克高低向炮控系统进行控制。

由坦克高低向工作原理可见,当对坦克火炮进行控制时,需要火炮能够实现快速调炮,当接近目标时又能够缓慢精确瞄准和跟踪。由此可知,远离滑模面时速度大,而接近滑模面时应减慢速度并尽可能减少低速摩擦等引起的扰动对系统的影响。所以,本书设计的复合控制器是以运动轨线距离平衡点的误差为开关切换法则的,或者可以利用与滑模面的距离作为切换准则

因此,针对上一章节中坦克高低向炮控系统,综合式(5.31)和式(5.39)可得出复合控制器的控制律设计如下:

式中,e表示与平衡点的误差,δ>0为系统的调节参数,u0的表达式见式(5.38)。