航空遥感惯性稳定平台模糊/PID复合控制
发布时间：2021-03-10 09:21
为提高航空遥感惯性稳定平台控制系统稳定精度和扰动抑制能力,在常规PID控制的基础上设计了一种模糊控制与PID相结合的复合控制算法,分别应用于稳定平台横滚框及俯仰框系统进行实验验证。在三环控制系统位置环中将模糊控制与PID控制方法结合使用,并引入变论域思想,建立模糊/PID复合控制器,满足输出偏差变化不同时刻对PID参数整定的要求。通过模糊控制器实时调整PID参数,使系统具有良好的动、静态特性,实现多源扰动下惯性稳定平台的高稳定精度控制。分别通过仿真和静动态实验对方法进行分析和验证。实验结果表明:与常规PID控制及单纯模糊控制相比,模糊/PID复合控制器具有优越的扰动抑制能力和高稳定精度。相对传统PID控制,横滚框和俯仰框的静态均方根误差（RMS）值分别下降51%和73%、动态RMS值分别下降约20%和30%。
【文章来源】：仪器仪表学报. 2016,37(11)北大核心
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
航空遥感惯性稳定平台结构
第11期周向阳等:航空遥感惯性稳定平台模糊/PID复合控制2547反馈元件构成稳定回路，速率陀螺敏感惯性稳定平台的干扰角运动，通过速率环控制器，快速补偿各种干扰，提高系统的响应速度和稳定性，减小系统非线性因素的影响，并增强系统的抗扰动能力。而位置环是系统的主反馈，采用模糊/PID复合控制方法，依据位置偏差进行调整提高跟踪精度［2，4］。图2三环复合控制方法结构Fig．2Structurediagramofthethree-loopcompoundcontrolmethod3位置环控制器设计3．1模糊控制原理模糊集合论是模糊控制的理论基础，是从经典集合基础上发展起来的，以隶属函数的形式来表示。给定论域用X表示，其上的一个模糊子集记作A，对于任意?u∈X，都指定了一个数μ(x)∈［0，1］，称为x对A的隶属程度，即映射为:μA:X→［0，1］(5)此映射即是模糊集合A的隶属度函数。μ(x)=1意即x完全属于A，μ(x)=0则表示x完全不属于A，0＜μ(x)＜1则表示x在相应的模糊程度上属于A。模糊控制系统主要由输入量的模糊化、模糊控制规则、模糊逻辑推理、及输入量的解模糊化几部分组成，模糊控制器的结构如图3所示［13］。图3模糊控制器结构Fig．3Structureoffuzzycontroller模糊化接口:测量输入变量值，将输入变量的范围向论域变换的比例映射，并将精确的输入数据转换成适当的语言变量，构成模糊集合。知识库:包含具体应用领域中的知识和控制目标，通常由数据库和规则库组成。数据库包括各语言变量的隶属度函数、尺度变换因子及模糊空间的分级数等;规则库包括了用模糊语言变量表示的一系列控制规则，反映控制专家的经验和知识。推理机:是模糊控制器的核心，它从模糊接口及知识库获取信息，模拟人基于模糊逻辑中的蕴含关系及推理规则进行推理。
糊控制原理模糊集合论是模糊控制的理论基础，是从经典集合基础上发展起来的，以隶属函数的形式来表示。给定论域用X表示，其上的一个模糊子集记作A，对于任意?u∈X，都指定了一个数μ(x)∈［0，1］，称为x对A的隶属程度，即映射为:μA:X→［0，1］(5)此映射即是模糊集合A的隶属度函数。μ(x)=1意即x完全属于A，μ(x)=0则表示x完全不属于A，0＜μ(x)＜1则表示x在相应的模糊程度上属于A。模糊控制系统主要由输入量的模糊化、模糊控制规则、模糊逻辑推理、及输入量的解模糊化几部分组成，模糊控制器的结构如图3所示［13］。图3模糊控制器结构Fig．3Structureoffuzzycontroller模糊化接口:测量输入变量值，将输入变量的范围向论域变换的比例映射，并将精确的输入数据转换成适当的语言变量，构成模糊集合。知识库:包含具体应用领域中的知识和控制目标，通常由数据库和规则库组成。数据库包括各语言变量的隶属度函数、尺度变换因子及模糊空间的分级数等;规则库包括了用模糊语言变量表示的一系列控制规则，反映控制专家的经验和知识。推理机:是模糊控制器的核心，它从模糊接口及知识库获取信息，模拟人基于模糊逻辑中的蕴含关系及推理规则进行推理。反模糊化:它将输出变量的量值范围转化为相应的论域，并产生一个精确的或非模糊的控制作用，输出清晰的控制量给被控系统［14］。3．2模糊控制器设计采用二阶模糊控制器，其模糊化的过程实际上就是将实际输入位置偏差e和位置偏差变化率ec转化为模糊量进行模糊推理。通过数据库确定位置偏差和位置偏差变化率的模糊集合及其取值范围后，还需确定输出的模糊集合。将三者模糊子集均设为{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}，各元素所对应代表负大、负中、负孝零、正孝正
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于模糊PID的平衡头自适应控制策略研究[J]. 徐娟,陈时桢,何烊剑,张利,吉智军. 电子测量与仪器学报. 2016(06)
[2]并网双馈异步风电机组模糊自适应控制[J]. 于会群,高扬,张浩,彭道刚. 电子测量与仪器学报. 2016(05)
[3]惯性稳定平台变置信度优化平滑CMAC复合控制[J]. 周向阳,贾媛,岳海潇,赵蓓蕾. 仪器仪表学报. 2016(04)
[4]基于自动/手动混合模式的吊舱稳定平台控制系统设计[J]. 周向阳,李永,穆全起. 仪器仪表学报. 2014(S1)
[5]基于比例多重积分观测器的三轴惯性稳定平台加速度计测角误差估计[J]. 钟麦英,矫成斌,李树胜,赵岩. 中国惯性技术学报. 2014(03)
[6]无人机遥感系统的研究进展与应用前景[J]. 李德仁,李明. 武汉大学学报(信息科学版). 2014(05)
[7]航空遥感惯性稳定平台齿隙非线性建模与补偿[J]. 周向阳,张宏燕. 仪器仪表学报. 2013(08)
[8]航空遥感三轴惯性稳定平台双速度环控制[J]. 周向阳,赵强. 中国惯性技术学报. 2013(04)
[9]航空遥感惯性稳定平台非线性摩擦建模与补偿[J]. 刘炜,周向阳. 机械工程学报. 2013(15)
[10]基于变论域模糊PID的汽提塔温度控制方法[J]. 高淑芝,高宪文,朱志承. 东北大学学报(自然科学版). 2010(10)
博士论文
[1]三轴光电跟踪系统跟踪策略和控制研究[D]. 官伯林.西安电子科技大学 2012
本文编号：3074439
【文章来源】：仪器仪表学报. 2016,37(11)北大核心
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
航空遥感惯性稳定平台结构
第11期周向阳等:航空遥感惯性稳定平台模糊/PID复合控制2547反馈元件构成稳定回路，速率陀螺敏感惯性稳定平台的干扰角运动，通过速率环控制器，快速补偿各种干扰，提高系统的响应速度和稳定性，减小系统非线性因素的影响，并增强系统的抗扰动能力。而位置环是系统的主反馈，采用模糊/PID复合控制方法，依据位置偏差进行调整提高跟踪精度［2，4］。图2三环复合控制方法结构Fig．2Structurediagramofthethree-loopcompoundcontrolmethod3位置环控制器设计3．1模糊控制原理模糊集合论是模糊控制的理论基础，是从经典集合基础上发展起来的，以隶属函数的形式来表示。给定论域用X表示，其上的一个模糊子集记作A，对于任意?u∈X，都指定了一个数μ(x)∈［0，1］，称为x对A的隶属程度，即映射为:μA:X→［0，1］(5)此映射即是模糊集合A的隶属度函数。μ(x)=1意即x完全属于A，μ(x)=0则表示x完全不属于A，0＜μ(x)＜1则表示x在相应的模糊程度上属于A。模糊控制系统主要由输入量的模糊化、模糊控制规则、模糊逻辑推理、及输入量的解模糊化几部分组成，模糊控制器的结构如图3所示［13］。图3模糊控制器结构Fig．3Structureoffuzzycontroller模糊化接口:测量输入变量值，将输入变量的范围向论域变换的比例映射，并将精确的输入数据转换成适当的语言变量，构成模糊集合。知识库:包含具体应用领域中的知识和控制目标，通常由数据库和规则库组成。数据库包括各语言变量的隶属度函数、尺度变换因子及模糊空间的分级数等;规则库包括了用模糊语言变量表示的一系列控制规则，反映控制专家的经验和知识。推理机:是模糊控制器的核心，它从模糊接口及知识库获取信息，模拟人基于模糊逻辑中的蕴含关系及推理规则进行推理。
糊控制原理模糊集合论是模糊控制的理论基础，是从经典集合基础上发展起来的，以隶属函数的形式来表示。给定论域用X表示，其上的一个模糊子集记作A，对于任意?u∈X，都指定了一个数μ(x)∈［0，1］，称为x对A的隶属程度，即映射为:μA:X→［0，1］(5)此映射即是模糊集合A的隶属度函数。μ(x)=1意即x完全属于A，μ(x)=0则表示x完全不属于A，0＜μ(x)＜1则表示x在相应的模糊程度上属于A。模糊控制系统主要由输入量的模糊化、模糊控制规则、模糊逻辑推理、及输入量的解模糊化几部分组成，模糊控制器的结构如图3所示［13］。图3模糊控制器结构Fig．3Structureoffuzzycontroller模糊化接口:测量输入变量值，将输入变量的范围向论域变换的比例映射，并将精确的输入数据转换成适当的语言变量，构成模糊集合。知识库:包含具体应用领域中的知识和控制目标，通常由数据库和规则库组成。数据库包括各语言变量的隶属度函数、尺度变换因子及模糊空间的分级数等;规则库包括了用模糊语言变量表示的一系列控制规则，反映控制专家的经验和知识。推理机:是模糊控制器的核心，它从模糊接口及知识库获取信息，模拟人基于模糊逻辑中的蕴含关系及推理规则进行推理。反模糊化:它将输出变量的量值范围转化为相应的论域，并产生一个精确的或非模糊的控制作用，输出清晰的控制量给被控系统［14］。3．2模糊控制器设计采用二阶模糊控制器，其模糊化的过程实际上就是将实际输入位置偏差e和位置偏差变化率ec转化为模糊量进行模糊推理。通过数据库确定位置偏差和位置偏差变化率的模糊集合及其取值范围后，还需确定输出的模糊集合。将三者模糊子集均设为{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}，各元素所对应代表负大、负中、负孝零、正孝正
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于模糊PID的平衡头自适应控制策略研究[J]. 徐娟,陈时桢,何烊剑,张利,吉智军. 电子测量与仪器学报. 2016(06)
[2]并网双馈异步风电机组模糊自适应控制[J]. 于会群,高扬,张浩,彭道刚. 电子测量与仪器学报. 2016(05)
[3]惯性稳定平台变置信度优化平滑CMAC复合控制[J]. 周向阳,贾媛,岳海潇,赵蓓蕾. 仪器仪表学报. 2016(04)
[4]基于自动/手动混合模式的吊舱稳定平台控制系统设计[J]. 周向阳,李永,穆全起. 仪器仪表学报. 2014(S1)
[5]基于比例多重积分观测器的三轴惯性稳定平台加速度计测角误差估计[J]. 钟麦英,矫成斌,李树胜,赵岩. 中国惯性技术学报. 2014(03)
[6]无人机遥感系统的研究进展与应用前景[J]. 李德仁,李明. 武汉大学学报(信息科学版). 2014(05)
[7]航空遥感惯性稳定平台齿隙非线性建模与补偿[J]. 周向阳,张宏燕. 仪器仪表学报. 2013(08)
[8]航空遥感三轴惯性稳定平台双速度环控制[J]. 周向阳,赵强. 中国惯性技术学报. 2013(04)
[9]航空遥感惯性稳定平台非线性摩擦建模与补偿[J]. 刘炜,周向阳. 机械工程学报. 2013(15)
[10]基于变论域模糊PID的汽提塔温度控制方法[J]. 高淑芝,高宪文,朱志承. 东北大学学报(自然科学版). 2010(10)
博士论文
[1]三轴光电跟踪系统跟踪策略和控制研究[D]. 官伯林.西安电子科技大学 2012
本文编号：3074439
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