自動(dòng)控制原理飛行器課設(shè)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上目 錄 飛行器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)1 設(shè)計(jì)分析1.1系統(tǒng)分析系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：系統(tǒng)的靜態(tài)速度誤差系數(shù)為由控制系統(tǒng)的時(shí)域性能指標(biāo)要求，單位斜坡輸入的穩(wěn)態(tài)誤差0.。系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差為即取，則系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為 系統(tǒng)的Simulink仿真圖如圖1-1。圖1-1 系統(tǒng)的Simulink仿真圖系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為：1.1.1系統(tǒng)時(shí)域分析可以通過Simulink中的示波器察其單位階躍響應(yīng)。也可以通過Matlab編程得到其單位階躍響應(yīng)波形。程序如下：%繪制單位階躍響應(yīng)曲線Num=;den=1,361.2,;step(Num,den);grid;xlabel(t);ylabel(c(t);

2、 title(校正前系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng));系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)如圖1-2。由系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)曲線，可以得到系統(tǒng)的時(shí)域性能指標(biāo)：最大超調(diào)量 上升時(shí)間 調(diào)節(jié)時(shí)間 圖1-2 系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)由單位階躍響應(yīng)曲線，可以看出系統(tǒng)在階躍輸入下還是可以穩(wěn)定輸出的，但是超調(diào)量比較大，有較大的振蕩，上升時(shí)間滿足指標(biāo)要求，超調(diào)量和調(diào)節(jié)時(shí)間均不滿足系統(tǒng)指標(biāo)要求。1.1.2系統(tǒng)頻域分析利用Matlab編程繪制系統(tǒng)的Bode圖，程序如下：%繪制系統(tǒng)Bode圖G=tf(,1 361.2 0);figure(1)margin(G); gridgm,pm,wg,wp=margin(G);系統(tǒng)Bode圖如圖1-3。由系統(tǒng)Bode圖，

3、可以得到系統(tǒng)的頻域性能指標(biāo)：相位裕量幅值裕度截止頻率可見此系統(tǒng)并不滿足指標(biāo)要求。所以我們要加入相關(guān)環(huán)節(jié)，改善系統(tǒng)的性能。圖1-3 系統(tǒng)Bode圖1.2 二階系統(tǒng)性能改善方法選擇在改善二階系統(tǒng)性能的方法中，比例-微分控制和測速反饋控制是兩種常用的方法。這個(gè)兩種方法均能使系統(tǒng)的阻尼比增大而自由頻率不變，從而使系統(tǒng)的穩(wěn)定性增強(qiáng)，下面對這兩種方法做進(jìn)一步的分析。1.2.1 比例-微分控制（PD控制） 比例-微分控制系統(tǒng)的二階系統(tǒng)圖如圖1-4所示。R(S)C(S)圖1-4 比例-微分控制系統(tǒng)的二階系統(tǒng) 由方框圖我們可得系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：式中，稱為開環(huán)增益。若令,則系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為：式中 由上面兩

4、個(gè)式子表明，比例微分控制系統(tǒng)不改變系統(tǒng)的自然頻率，但可增大系統(tǒng)的阻尼比。由于與均與有關(guān)，所以選擇適當(dāng)?shù)拈_環(huán)增益和微分器時(shí)間常數(shù)，既可以減小系統(tǒng)在斜坡輸入時(shí)的穩(wěn)態(tài)誤差，又可以使系統(tǒng)在階躍輸入時(shí)有滿意的動(dòng)態(tài)性能。1.2.2 測速反饋控制測速反饋控制系統(tǒng)的二階系統(tǒng)圖如圖1-5所示。 R（s）C(s)圖1-5 測速反饋控制系統(tǒng)的二階系統(tǒng)由圖5可知，系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為： 式中開環(huán)增益為：相應(yīng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為：其中 同時(shí)可得由上式可見，測速反饋與比例-微分控制不同的是，測速反饋會(huì)降低系統(tǒng)的開環(huán)增益，從而加大了系統(tǒng)在斜坡輸入時(shí)的穩(wěn)態(tài)誤差：相同的是，同樣不影響系統(tǒng)的自然頻率，并可增大系統(tǒng)的阻尼比。1.2.3

5、 校正選擇 原始系統(tǒng)分析和對比例-微分和測速反饋性能的比較，比例-微分控制系統(tǒng)可以滿足系統(tǒng)的要求，這是由于比例微分系統(tǒng)增加了一個(gè)閉環(huán)零點(diǎn)，使系統(tǒng)在增大阻尼比的同時(shí)還能增加系統(tǒng)的反應(yīng)速度，而測速反饋僅能使系統(tǒng)的穩(wěn)定性增強(qiáng)，而且還會(huì)增大系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。2 設(shè)計(jì)方案2.1 校正后的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 通過上一單元的分析與計(jì)算，我們選擇比例-微分控制來改善飛行器控制系統(tǒng)的性能，校正后的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2-1所示。R(S)C(S)圖2-1 校正后的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2.2 系統(tǒng)參數(shù)的選取校正后系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為：系統(tǒng)的靜態(tài)速度誤差系數(shù)為系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差為即取,則系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)

6、為通過Matlab編程得到其單位階躍響應(yīng)波形。程序如下：%繪制單位階躍響應(yīng)曲線Num=1800,;den=1,2161.2,;step(Num,den);grid;xlabel(t);ylabel(c(t); title(校正后系統(tǒng)單位階躍響應(yīng));系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)如圖2-2。圖2-2 校正后系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線由校正前系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)圖像，可以得到系統(tǒng)的時(shí)域性能指標(biāo)：最大超調(diào)量 上升時(shí)間 調(diào)節(jié)時(shí)間 由此，可知校正后符合系統(tǒng)要求的時(shí)域性能指標(biāo)。利用Matlab編程繪制校正后的Bode圖，程序如下：%繪制校正后的Bode圖G=tf(1800,1 361.2 0);figure(1)margin(G)

7、; gridgm,pm,wg,wp=margin(G);系統(tǒng)Bode圖如圖2-3。由圖像可知，校正后系統(tǒng)的相位裕度為相位裕度圖2-3 校正后系統(tǒng)的Bode圖2.3 校正前后的系統(tǒng)比較將校正前后系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)繪制在一張圖上,如圖2-4。Matlab程序如下：G1=tf(,1,361.2,)t=0:0.00001:0.4y1=step(G1,t);G2=tf(1800,1,2161.2,)y2=step(G2,t);plot(t,y1,-,t,y2);gridxlabel(t);ylabel(c(t);title(校正前后單位階躍響應(yīng)對比圖);text(0.005,1.4,校正前);text(

8、0.002,1.0,校正后);圖2-4 校正前后系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線系統(tǒng)加入了PD環(huán)節(jié)，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能取得了明顯的改善，超調(diào)量大大減少，上升時(shí)間然也縮短，符合系統(tǒng)的性能指標(biāo)要求3心得體會(huì)自動(dòng)控制技術(shù)已廣泛應(yīng)用于制造業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通、航天及航空等眾多產(chǎn)業(yè)部門，極大地提高了社會(huì)勞動(dòng)生產(chǎn)率，改善了人們的勞動(dòng)環(huán)境，豐富和提高了人們的生活水平。在今天的社會(huì)生活中，自動(dòng)化裝置無處不在，為人類文明進(jìn)步做出了極大的貢獻(xiàn)。這次自動(dòng)控制原理課程設(shè)計(jì)中也讓我了解到了自動(dòng)控制在多方面的應(yīng)用。平常我們上自動(dòng)控制原理課時(shí)，老師講的都是理論知識(shí)，沒有試驗(yàn)的驗(yàn)證與對比，在這次自動(dòng)控制原理課程設(shè)計(jì)中，就暴露出了一些問題。我開始在做飛行器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，按部就班的套用書上的公式，算完系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)時(shí)域性能指標(biāo)后，在Matlab中仿真分析，發(fā)現(xiàn)得到的階躍響應(yīng)曲線與理想中的有差距，要學(xué)會(huì)充分利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，提高工作效率。通過本次課程設(shè)計(jì)，翻書、上網(wǎng)查資料，與同學(xué)討論，讓我的實(shí)際動(dòng)手能力增強(qiáng)很多，讓我對自動(dòng)控制原理這門課程所學(xué)的知識(shí)有了進(jìn)一步的理解，加深了對理論基礎(chǔ)知識(shí)的掌握，讓我學(xué)以致用，使知識(shí)的掌握更加牢固，感謝老師們耐心的輔導(dǎo)，感謝老師們給我們時(shí)間獨(dú)立的思考。參考文獻(xiàn)