O期第 2 1卷第 2 Vo 1 . 21 No. 2 0

电子设计工程 El e c t r o n i c De s i g n En g i n e e r i n g

2 0 1 3年 1 0月 0e t .2 01 3

基于偏差补偿辅助变量法的舵机参数辨识 朱玮，魏春燕，陈婧 (南京航空航天大学江苏南京 2 1 0 0 1 6 )

摘要：为了提高无人驾驶自转旋翼机伺服舵机的参数精度，采用偏差补偿辅助变量法辨识参数。舵机的数学建模基 于电动伺服舵机的典型结构和工作原理，采用部级建模法，首先建立舵机各个组件的数学模型，进而得到整个舵机系

统的模型。建立机理模型后采用偏差补偿辅助法进行辨识以确定模型参数。实验仿真结果证明该方法具有较高的辨 识速度和辨识精度 .具备可行性。

关键词：精密仪器；参数辨识；偏差补偿；辅助变量 中图分类号：T N7 7 文献标识码：A文童编号：1 6 7 4— 6 2 3 6( 2 0 1 3 ) 2 0— 0 0 8 5— 0 3

Pa r a me t e r i de n t i ic f a t i o n o f s e r v o a c t ua t o r b a s e d o n de v i a t i o n c o mp e n s a t i o n a n d a u x i l i a r y v a r i a b l e Z HU We i,W E/C h u n— y a n,C HEN J i n g

( N a n j i n g U n i v e r s i t y o fA e r o n a u t i c s a n d As t r o n a u t i c s, N nj a i n g 2 1 0 0 1 6, C h i n a ) Ab s t r a c t: I n o r d e r t o i mp r o v e t h e p a r a me t e r a c c u r a c y o f s e r v o a c t u a t o r o f u n ma n n e d g y op r l a n e s,d e v i a t i o n c o mp e n s a t i o n a n d

a u x i l i a r y v a r i a b l e i s u s e d t o i d e n t i￣p a r a m e t e r . T h e m a t h e ma t i c a l mo d e l o f s e r v o i s b a s e

d o n t h e s t r u c t u r e a n d p i r n c i p a l s o f t h e e l e c t i r c s e r v o s t e e i r n g g e a r,a n d t h e mi n i s t e i r a l— l e v e l mo d e l i n g me t h o d i s u s e d t o b u i l d t h e mo d e l o f v a i r o u s c o mp o n e n t s i f r s t l y,a n d t h e n b u i l d t h e w h o l e mo d e l t o d e t e r mi n e t h e p a r a me t e r s b y u s i n g d e v i a t i o n c o mp e n s a t i o n a n d a u x i l i a r y v a i r a b l e . T h e r e s u l t s o f s i mu l a t i o n d e mo n s t r a t e t h a t t h i s me t h o d h a s g o o d i d e n t i ic f a t i o n r a t e a n d a c c u r a c y a n d i t i s a v a i l a b l e . Ke y wo r d s: p r e c i s i o n i n s t u me r n t s;p a r a me t e r i d e n t i i f c a t i o n; d e v i a t i o n c o mp e n s a t i o n;a u x i l i a y r v a i r a b l e

电动伺服舵机是无人驾驶自转旋翼机的执行机构，在接

减速器、传动机构等多个部件组成，为此采用部件级建模法， 首先建立舵机各个组件的数学模型 .进而得到整个舵机系统 的模型。 1 . 1直流力矩电机及负载平台的数学模型

受飞控系统的指令后被用来控制旋翼机的航向和舵面的偏转.在旋翼机控制系统中扮演重要角色，属于典型的位置随

动系统。其性能的优劣决定了旋翼机的控制稳定性与响应快 速性[ 1 1。

直流力矩电机控制方便 .工作特性的线性度好，所以在 高精度的控制系统中，通常选用直流电机作为驱动电机【 。 由文献[ 6】可画出理想直流力矩电机和负载数

学模型如图 1 所示

伺服舵机的基本工作原理是接收来自飞控计算机的模

拟电压或串行通讯信号，在控制器与反馈信号综合后解算出 控制信号，输出给功率放大器驱动电机转动，通过减速器将电机输出轴上高速小力矩能量转换成输出轴上低速大力矩

能量，在输出轴上安装的角位置传感器检测其位移量并反馈 到控制器，形成伺服舵机的闭环控制回路[ 2 1。 在姿态控制系统稳定性分析与综合、数学仿真计算前，

都要求知道电动舵机伺服回路的数学模型。因舵机伺服回路 结构比较复杂，实际参数因多种因素会偏离设计值，模型参数难以精确确定，一般可通过测试其输入~输出特性辨识其

图 1 直流力矩电机及负载数学模型 F i g .I Ma t h e ma t i c a l mo d e l o f d c t o r q u e mo t o r a n d l o a d

1 . 2 P W M功率放大器的数学模型

数学模型[ 3 1。

P WM功率放大器是具有延迟的放大环节， K~为比例系数 一 ‘

1舵机机理建模 为了便于对舵机性能进行分析，以及后续的控制器设计，需要从理论上建立舵机的数学模型。舵机是由力矩电机、

G一( s )= K o r n e

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对式( 9 )进行泰勒展开后保留 的低次项，得到 P WM 功率放大器的简化数学模型如下： ㈤ 收稿日期： 2 0 1 3— 0 4— 1 0 稿件编号： 2 0 1 3 41 0 2 9 8 5 - 作者简介：朱玮( 1 9 8 9一),男，浙江嵊州人，硕士研究生。研究方向：精密仪器及机械。 -

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