魏泽宇,许文波,张国林,于 丹,王贺龙

(北京精密机电控制设备研究所,北京 100076)

1 引言

随着电机的功率密度、储能材料、滚珠丝杠等技术的发展,以机电作动器(electro-mechanical actuator,EMA)为位移输出的机电伺服系统因为其便于安装、易于维护和无液压油泄露风险的优点在中小功率领域已经取代液压伺服系统作为火箭的执行机构.区别与其他领域的机电伺服系统,航天伺服机构的特点:其一是要求自身具有“短时大功率”的特点;其二是自身和负载特性变化大,例如外部扰动有空气舵负载所承受的气动力和摆角的关系随着火箭飞行速度和攻角的变化而变化,而喷管的弹性和摩擦负载随着喷管储存的时间增长也会发生明显的变化,内部扰动有机电作动器传动间隙以及电机和功率器件参数的非线性变化;其三是对指令信号的跟随上,航天机电伺服系统要求对低频指令信号具有较好的跟随,对高频指令又要有明显的幅值衰减.

国内外对机电伺服系统控制算法的研究除了成熟的比例-积分-微分(proportional-integral-differential,PID)控制算法外[1-2],有近似时间最优控制[3]、反步法控制[4-5]、鲁棒控制[6-7]、自适应控制[8-9]、模糊控制[10-11]和滑模控制[12-13].文献[14-15]对自抗扰控制器在机电伺服系统上的应用做了研究.

本文研究与上述文献不同的是建立了包括间隙、摩擦和饱和等非线性因素的航天机电伺服系统柔性运动模型,机电作动器和负载是通过“机电作动器综合刚度”的概念以力的方式传递到负载上的,负……