基于matlab仿真的火箭推进系统抗干扰能力最优化系统参.doc

21ic中国电子网：/ 21ic电子技术论坛：/ 信实101专业10级计算机仿真与MATLAB课程报告题目：基于matlab仿真的火箭推进系统抗干扰能力最优化系统参数的研究班级：信实101姓名：学号：2012年 12 月基于MATLAB/SIMULINK的火箭最优化抗干扰系统的设计与分析摘要： 在火箭在发射过程中会受到干扰信号的作用而偏离轨道，故需设计出抗干扰系统来尽量减少飞行器飞行的过程中扰动因素的影响，提高系统性能，使火箭的角度通过控制系统来跟踪参考角度。通过取不同的比例微分环节的K值对系统进行无扰动信号的、扰动信号单独作用、扰动信号与正弦信号叠加时进行输出测试，得到与原信号拟合度最强的的K值。1.1 决定火箭推进系统抗干扰能力的系统参数控制对象建模（1）被控对象的数学模型火箭推力及方向关系如图（1）所示，这里为火箭的方向与速度的夹角， 表示火箭推进器的角度， 表示加在火箭上的干扰风力。控制器设计的目标是使火箭的角度跟踪参考角度。发动机可以直接控制推进器的角度并对推进器定位。系统模型可用下面等式来表示： 火箭推进器示意图（2）控制系统的数学模型 控制系统的原理框图，其中为扰动信号，为输入信号。1.2 火箭最优化抗干扰推进系统原理分析（负反馈的作用）？采用负反馈控制器，从火箭推进系统的数学模型可以看到，当有扰动信号的作用时，系统通过负反馈环节1.3 火箭最优化抗干扰推进系统MATLAB仿真分析(1) MATLAB程序设计，或Simulink模型，或二者的结合(2) 仿真参数的设置，思考仿真参数的影响等(3) 系统特性分析，例如开环系统的时域/频域分析，加入控制器后系统的时域/频域分析等，应有仿真结果，如图、表、结果数据等。(4) 对仿真结果进行分析，例如选取的控制方案是否达到预期目的，还有哪些需要改进的等等。第一步：分析响应中由于所导致的分量；该值越小，表明系统对干扰抑制的越好。首先对系统仿真观察当K取5、10、20，有扰动信号作用下的系统单位阶跃信号输出图像，记录参数。程序代码：（对应于m文件zuoye1.m）t=0:0.05:10;for K=5 10 20 G=tf(K 2*K,1); num1=1; den1=1 -1 0; G1=tf(num1,den1); Gf=feedback(G1,G); Gf1=series(0.5,Gf); u=ones(201,1) lsim(Gf1,u,t); hold onend得到的三条输出响应曲线：（对应zuoye1.png） 图1 图2 注： 蓝色曲线表示K=5时扰动信号作用下的响应曲线 绿色曲线表示K=10时扰动信号作用下的响应曲线 红色曲线表示K=20时扰动信号作用下的响应曲线故当K=20时系统的抗干扰能力最强。第二步：分为:无干扰下K取不同值时的响应曲线有干扰且与正弦信号叠加时的响应曲线当系统的期望输出为正弦信号时，在假设无干扰的情况下，当为5、10和20时，分别对响应进行仿真，并绘制响应曲线，分析响应有何变化。对应M文件中untitled1.m当K=5时输入的正弦信号波形： 输出正弦信号波形：K=10 正弦信号输出的波形（K=10比K=5输出信号幅值更接近输入正弦信号）K=20时的输出信号幅值：（K=20时输出信号的幅值较K=5和K=10更接近输入信号幅值）有干扰且与正弦信号叠加时的响应曲线 图2.仿真原理K=5时：K=10K=20正弦与干扰信号输入的波形从这三个图中可以看到，当有扰动信号时，K=20时系统的输出响应状态越稳定。K取不同值时的比较：幅值相角有无超前？图形有无失真？合适程度排名输入正弦信号1无无K=5时的输出信号1.2无无3K=10时的输出信号1.1无无2K=20时的输出信号1.05无无1 表1 输入正弦信号与扰动信号K=5时的输出信号K=10时的输出信号K=20时的输出信号接近原信号的符合程度排名 321 表二3.对数据进行处理，判断出最适合的K值。根据表1的内容可知，当K=20时输出信号的幅值接近输入正弦信号，且根据第一步得出有扰动情况下的输出响应曲线中，（红色曲线）K=20时扰动带来的稳态误差最小 图1.1.4 结论该控制系统采用有负反馈机制的比例为分控制环节，其目标是通过比例微分控制减少火箭推进系统因扰动信号造成的偏差，使火箭能够不受外界干扰信号而偏离轨道，精确行驶。通过对系统进行无扰动信号、有扰动信号、输入正弦信号与扰动信号的叠加进行测验，取K为不同的值，对获得输出响应与输入响