基于试验的电动舵机模型辨识

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1、第４４卷第４期航空计算技术Ｖｏｌ．４４Ｎｏ．４２０１４年７月ＡｅｒｏｎａｕｔｉｃａｌＣｏｍｐｕｔｉｎｇＴｅｃｈｎｉｑｕｅＪｕｌ．２０１４基于试验的电动舵机模型辨识陈怀民，庄皓玥，马松辉，史旭涛（西北工业大学无人机特种技术重点实验室，陕西西安７１００６５）摘要：目前电动舵机模型的建立基本上是基于理论的数学推导，所建立的舵机模型与实际舵机模型存在一定的误差。针对此问题，提出一种基于试验实测数据建立舵机模型的方法，搭建自动数据采集试验平台，采用组合窗法对实测数据进行频域转换，得到舵机的频率响应函数并采用非线性最小二乘法辨识舵机模型。对辨识得到的数学仿真

2、结果与实际舵机响应比较，在频域，整个频段内幅频特性最大绝对误差＜１．９ｄＢ；在时域，仿真模型跟踪实际舵机角度的最大误差＜１．５°，延迟时间＜１０ｍｓ。结果表明，基于试验数据建立的舵机仿真模型能很好地模拟实际舵机。关键词：电动伺服舵机；组合窗；相干函数；非线性最小二乘法中图分类号：Ｖ２４１．０６文献标识码：Ａ文章编号：１６７１桘６５４Ｘ（２０１４）０４桘０００６桘０４ModelIdentificationofElectromechanicalActuatorBasedonTestsＣＨＥＮＨｕａｉ桘ｍｉｎ，ＺＨＵＡＮＧＨａｏ桘ｙｕｅ，ＭＡＳｏｎｇ桘

3、ｈｕｉ，ＳＨＩＸｕ桘ｔａｏ（NationalKeyLaboratoryofScienceandTechnologyonUAV，NWPU，Xi′an７１００６５，China）Abstract：Ｍｏｄｅｌｅｓｔａｂｌｉｓｈｍｅｎｔｏｆｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌａｃｔｕａｔｏｒｉｓｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｔｈｅｏｒｙｏｆｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｄｅｒｉｖａｔｉｏｎａｔｐｒｅｓｅｎｔ，ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｅａｃｔｕａｔｏｒｍｏｄｅｌｂｕｉｌｔｂｙｔｈｉｓｍｅｔｈｏｄｉｓｎｏｔｃｌｏｓｅｄｔｏｔｈｅａｃｔｕａｌｍｏｄｅｌ．Ｔ

4、ｏｓｏｌｖｅｔｈｉｓｐｒｏｂｌｅｍ，ｔｈｅｐａｐｅｒｐｒｏｐｏｓｅｄａｍｅｔｈｏｄｔｏｅｓｔａｂｌｉｓｈｔｈｅｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅａｃｔｕａｔｏｒｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｔｅｓｔｅｄｄａｔａ，ａｎｄｓｅｔｕｐａｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｐｌａｔｆｏｒｍｆｏｒｄａｔａａｕｔｏｍａｔｉｃｃｏｌｌｅｃｔｉｎｇ，ａｎｄａｌｓｏｉｎｎｏ-ｖａｔｉｖｅｌｙｕｓｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｗｉｎｄｏｗｍｅｔｈｏｄｔｏｃｏｎｖｅｒｔｔｈｅｄａｔａｉｎｔｈｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｄｏｍａｉｎ，ｇｅｔｔｈｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｒｅｓｐｏｎｓｅｆｕｎｃｔｉｏｎｔｈｅｎｕｓｅｔｈｅｎ

5、ｏｎｌｉｎｅａｒｌｅａｓｔｓｑｕａｒｅｓｍｅｔｈｏｄｔｏｉｄｅｎｔｉｆｙｔｈｅｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅａｃｔｕａｔｏｒ．Ｂｙｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｅｄｒｅｓｕｌｔｓｗｉｔｈｔｈｅｔｅｓｔｅｄｄａｔａ，ｉｔｉｓｓｈｏｗｎｔｈａｔ，ｉｎｔｈｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｄｏｍａｉｎ，ｔｈｅｍａｘｉｍａｌａｂｓｏｌｕｔｅｅｒｒｏｒｏｆｍａｇｎｉｔｕｄｅｉｓｌｅｓｓｔｈａｎ１．９ｄＢ，ｉｎｔｈｅｔｉｍｅ桘ｄｏｍａｉｎ，ｔｈｅｅｒｒｏｒｏｆａｎｇｌｅｉｓｌｅｓｓｔｈａｎ１．５°，ａｎｄｔｈｅｅｒｒｏｒｏｆｄｅｌｙｔｉｍｅｉｓｌｅｓｓｔｈａｎ１０ｍ

6、ｓ，Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｂｕｉｌｔｂｙｔｅｓｔｅｄｄａｔａｉｓｃｌｏｓｅｄｔｏｔｈｅａｃｔｕａｔｏｒ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｔｈｉｓｍｅｔｈｏｄｃａｎｂｅａｐｐｌｉｅｄｗｅｌｌｔｏｍｏｄｅｌｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎｉｎｔｈｅｐｒｏｊｅｃｔ．Keywords：ｅｌｅｃｔｒｉｃｓｅｒｖｏａｃｔｕａｔｏｒ；ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｗｉｎｄｏｗｓ；ｃｏｈｅｒｅｎｃｅｆｕｎｃｔｉｏｎ；ｎｏｎｌｉｎｅａｒｌｅａｓｔｓｑｕａｒｅｓ引言动伺服舵机模型的建立基本上是基于理论模型的数学［３－４］推导，但由于受舵机

7、元件实际特性的影响，理论模电动伺服舵机是操纵小型无人机控制舵面的装［５］置，它根据无人机飞控计算机产生的指令信号控制舵型与实际模型存在一定的差异，因此获得精确的电面的偏转，从而完对成无人机的俯仰、偏航和滚转的控动伺服舵机系统模型的传递函数十分必要。本文建立制［１］。半实物或全数字飞行仿真是无人机飞行控制系一个小型无人机常用舵机试验平台，该平台可自动完［２］成输入输出数据的测试以及记录，采用组合窗处理实统研制的关键过程之一，因此，深入研究舵机特性，测数据的方法对舵机模型进行频域辨识。确定执行机构的数学模型，建立其精确的仿真模型，将直接影响控制系统设

8、计的结果。电动伺服舵机系统本身是一个闭环角位置随动系１频域辨识方法［２］统，它操纵舵面偏转的执行机构是电动机。目前电系统辨识从数据种类上