速度环控制优化技巧

2025-09-29 理论教育版权反馈

【摘要】：目前装备的坦克炮控系统速度环和位置环一般采用分段PID控制，由于PID控制器过分依赖控制对象的数学模型，导致参数鲁棒性差，抗负载扰动能力不强，因此，如何采用新的控制方法，是坦克炮控系统面临的重要问题。速度环采用模型自适应的PID控制器，克服参数不确定性的缺点，具有超调量小、响应时间快、抗干扰能力强的优点[98]。从仿真图可以看出，当不考虑扰动影响时，ADRC的控制效果和PID的控制效果很接近。

目前装备的坦克炮控系统速度环和位置环一般采用分段PID控制，由于PID控制器过分依赖控制对象的数学模型，导致参数鲁棒性差，抗负载扰动能力不强，因此，如何采用新的控制方法，是坦克炮控系统面临的重要问题。

采用最优化方法设计坦克稳定器使系统的性能指标得到最优（无超调、无振荡、调节时间短），其思想是忽略非线性因素[96]。用滑动模型变结构控制来设计速度环，也考虑了跟踪和调节性能、实现阶跃相应无静差、有较强的鲁棒性以及需要调节加权矩阵Q[97]。速度环采用模型自适应的PID控制器，克服参数不确定性的缺点，具有超调量小、响应时间快、抗干扰能力强的优点[98]。将炮控系统中的强非线性环节视为“内扰”，利用自抗扰控制器的自抗干扰性、对象模型无关性和强鲁棒性进行坦克稳定器的设计，以补偿系统中的非线性，得到满意的控制效果[93]。

为了印证自抗扰控制的效果，我们用PID控制方法作对比，因为系统中有扰动和负载惯量，因此，对速度环的分析，我们可以分几种情况进行讨论。第一种情况，JL=0，Te=0：

仿真结果如图5.7所示。

图5.7　系统无扰动无负载惯量

第二种情况，JL=0.001 sin（t），Te=0：

式中

仿真结果如图5.8所示。

图5.8　系统无扰动有负载惯量(https://www.chuimin.cn)

第三种情况：

仿真结果如图5.9所示。

第四种情况：

图5.9　系统有扰动无负载惯量

式中

仿真结果如图5.10所示。

从仿真图可以看出，当不考虑扰动影响时，ADRC的控制效果和PID的控制效果很接近。但当加入扰动影响时，控制效果完全不同，ADRC有很小的超调，但PID的超调很大；通过调参数发现，ADRC还有很强的参数鲁棒性；稳态时间上，两者相差不大。特别是，当进入稳态时，ADRC中加入扰动，由于ESO的作用，可以很快估计扰动并给予实时补偿，使系统在很短时间内重新稳定；在PID中，扰动的加入，迅速使系统的控制效果变差，通过误差e，则需较长时间使系统重新稳定。

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