作者：李鹏 孟卫锋 陈利超 李朕
【摘 要】平台式惯性导航系统依靠由陀螺稳定的机械平台，为导航系统和姿态稳定系统提供测量基准，平台稳定回路是其中事关导航精度的关键部分。对平台稳定回路进行了建模，将模糊控制和带多个修正因子的模糊控制方案引入平台稳定回路的双闭环回路系统，并对此控制方案进行了仿真分析，理论上证明了模糊控制方案在平台稳定回路控制中的可行性。
【关键词】稳定回路 双闭环控制 模糊控制
1964年美国的L．A．Zadeh教授创立了檬朔集合理论，提出用“隶属函数”概念来定量描述事物模糊性，奠定了模糊数学的基础。1974年英国的E．H．Mamdani研制出第一个模糊控制器，近几年模糊控制已经应用于生活的各领域。模糊控制是一种基于专家知识的控制系统，本文将模糊控制引人平台稳定回路控制，理论研究了引入模糊控制器后系统整体性能，为模糊控制在稳定回路中的工程应用奠定理论基础。
1惯导平台的稳定原理与稳定回路的组成
1．1惯导平台的稳定原理
三轴液浮积分陀螺稳定平台，具有三条参数不同而基本工作原理相同的伺服回路通道，用以保证平台台体相对于惯性空间稳定。当台体转动时，陀螺转子的主轴相对惯性空间要保持稳定，陀螺传感器输出陀螺主轴相对惯性空间的角差信号，经过放大和校正后馈送到平台力矩电机，力矩电机产生扭转力矩，使平台向减少角差的方向扭转，直至信号器输出为零，平台相应轴完成对陀螺主轴跟踪，平台稳定于惯性坐标系内。
1．2惯导平台的稳定回路的结构组成平台稳定回路是一个位置反馈控制系统，组成如图1所示。
2惯导平台稳定回路双闭环控制分析框图与被控对象数学模型
平台稳定回路的单闭环控制只有位置反馈环，本文研究平台稳定回路的双环控制，在位置环之内再加一个速度反馈，形成双闭环控制系统。平台稳定回路的双闭环控制框图如图2。
图2中：日为液浮积分陀螺的角动量；为陀螺传感器的放大倍数；K为耦合放大器和前置放大器的总放大倍数；伺服分解器变比系数；KI功率放大器放大倍数；力矩马达放大倍数；校正网络放大倍数；Wa(s)校正网路；J内框组合件绕轴的转动惯量；J2浮筒组件绕进动轴的转动惯量；C：积分陀螺阻尼系数；力矩马达电枢绕组电磁时间常数；K反馈系数。
平台稳定回路单通道双闭环开环传递函数，如式(1)所示。
除校正环节外将上式代人参数，得到平台稳定回路系统被控对象如式(2)。
3平台稳定回路双闭环系统模糊控制研究
平台稳定回路二维模糊控制示意图如图3所示。
3．1稳定回路模糊控制器设计
3．1．1清晰量的模糊化
本文中模糊控制输入变量为：陀螺的定轴和平台坐标系的角差e和其增量e，模糊控制输出变量：
3．1．2模糊控制规则
经过长期工程实践的经验总结，得到的平台稳定回路模糊控制规则，如表1所示。
本文共用了49条模糊控制语句；
3．1．3模糊控制查询表
运用Mandani推理法进行模糊推理，根据最大隶属度原则进行解模糊化处理后，由表1得到模糊控制量查询表的三维输出曲线如图5所示，模糊控制量查询表如表2所示。
3．1．4模糊控制器性能分析
在单位阶跃输入(1rad)时系统响应如图6所示：
稳定回路设计要求的性能指标为：超调量不大于20ch，；调整时间不大于0．3s；振荡次数不大于2。
如图6所示，系统在单位阶跃输人下，响应曲线的超调量为5％；上升时间为0．1S；调整时间为0．3s；振荡次数为1。性能指标满足回路设计指标要求。
3．2带多个修正因子的模糊控制
对二维模糊控制系统而言，当误差较大时，控制系统的主要任务是消除误差，这时对误差在控制规则中的修正加权应该大些；相反，当误差较小时，此时系统已经接近稳态，控制系统的主要任务是使系统尽快稳定，为此必须减少超调，这样就要求在控制规则中误差变化起的作用大些，即对误差变化加权大些。这就要求考虑在不同的误差等级引入不同的加权因子，以实现对模糊控制规则的自调整。
带有多个修正因子的模糊控制算法表达式如下：
即得到模糊控制和带修正因子的模糊控制器在单位阶跃输入(1rad)时，系统响应比较图如图7所示。
由图7可知，系统在带多个修正因子的模糊控制器控制下，单位阶跃响应的超调量减小，达到稳态的速度更快，系统性能得到改善。
4结论
本文对模糊控制理论进行了研究。对平台稳定回路设计了二阶模糊控制器，首先仿真分析了模糊控制器对系统性能的影响，其次在模糊控制器中引入多八修正因子，对模糊控制器进行了改进，研究表明带多个修正因子的模糊控制器降低了系统的超调量，改善了系统的单位阶跃响应性能。
本文为平台稳定回路的控制提供了一种新的控制方案，具有重要的工程价值。
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