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jl007 采用 采取 采纳 pid 调节器 鱼雷 航向 控制系统 设计

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【JL007】采用PID调节器某型鱼雷航向控制系统设计,jl007,采用,采取,采纳,pid,调节器,鱼雷,航向,控制系统,设计

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毕业设计（论文）外文文献翻译 专业名称 自动化 学生姓名 吉晶晶 指导教师 金文凯 毕业时间 1 is in A to a a by a ID to on of to at of is to a as of a or of a in ID ID of be in of of to an to of of ID of or or to is by of to A be a P in of PI is to of an to to of of in 1 2 of a is to s at of to on a to at is a of or is to is is e), or by a to is of of a of a be of as it is be of as is or to a is is is to a to If to be in a or A do we ID do to be up is as If a a at by be in to in or to on on V. on V as 3 to or in a to In a be to a a an to V. in to a is an of a to of of or of ID ID ID is to ID of as he a to is to be by by a p, is 1 4 a e: t: or of p. A in a in a in If is In a in a to a a or If is be to In of at a is a of it is of he is to of of is by to of of to is by i. is a e: : in to to of 5 a is to it to a in on he of of is by of to of by d. of of to is is a e: t: or of of is to is to of by of a in is to in a to if he to of ID u(t) as of ID 1 6 p: p An to i is be by we d to to in of 3. f ID of be or is by or a is of to on a or on an of be in a of of is of a of so at t is up a of of , I, on be 1 7 of on or be of If be to a in as a of to f is to to of be to be of a is in , if is to a A ID to in is a P of is as . . As in to P is it Kc at of to Kc c to as ID no to by ID an in 8 s to ID In of is to a of to a in to to to to 4. to ID he ID in by to ID ID is be to a V is or ID a a be a to in of or a in to an of is a of a is to a is a ID an to of of is by to if be in a is to an in as a In of is to of is 9 in of an 5. ID ID to in ID be so be by or of a or as ID to of ID be to to of is by it to in in to a or is or If a ID is to of or by it is to it to of ID is or a of is of ID in to or of in to ID a ID is 1 10 ID in is ID ID or to A to A is of or of in It is to a in to so by is a be in of is to ID as a PI 6. ne ID is ID be to is ID In ID of A as as or as of as a 本科毕业设计论文 题目：采用 节器某型鱼雷航向控制系统设计 专业名称 自动化 学生姓名 吉晶晶 指导教师 金文凯 毕业时间 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 毕业设计任务书 一题目 采用 二 指导思想和目的要求 通过毕业设计使学生对所学自动 化基本知识和理论加深理解，掌握控制系统设计的基本方法，培养独立开展 设计 工作的能力。 要求在毕业设计中： 雷为对象开展研究， 了解 鱼雷航向运动的特征及对控制系统的要求，使用 计 采用 型 鱼雷航向控制系统； 制系统方案论证， 建立系统数学模型，使用 行 鱼雷航向控制系统分析 ； 行参数计算和选择； 真，验证 设计 ； 三 主要技术指标 m 45 25% 2s 四 进度和要求 1. 1集查阅资料； 2. 4成总体 方案设计和建模； 3. 7成系统分析和控制规律设计 ； 4. 9成仿真验证及修改； 5. 12成毕业设计论文 。 五 主要参考书及参考资料 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 吴旭光等，鱼雷自动控制系统（第二版），西北工业大学出版社， 2001； 严卫 生等，鱼雷控制系统计算机辅助分析设计与仿真，西北工业大学出版社， 2000； 阳泉等，基于 系统仿真技术与应用，清华大学出版社， 2008。 学生 吉晶晶 指导教师 金文凯 系主任 史仪凯 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 摘 要 鱼雷是一种能在水中自动推进、自动控制和 自动 引导的航行器，是 攻 击水面舰船和潜艇的进攻性 水下 武器。 自动 控制系统 和制导系统 是鱼雷的 不可缺少的重要组成部分 ， 对于 制导精度和姿态控制中起着举足轻重的作用 。 鱼雷航向控制系统任务就是保证鱼雷按设定的航向运动，尽可能不受外界干扰，同时在外加一个信号改变原来的航向，并到达保持新的设定航向。 随着 科技的发展， 计算机软硬件、图形及智能模拟等技术 均有显著的 进步， 在工程设计中起到显著作用。 鱼雷航向 控制系统充分利用计算机的高速运算和处理能力，进行动态系统的建模、分析、设计和仿真 。在此背景下，通过 以鱼雷 的控制性能要求，设计 航向控制 系统 ，建立数学模型并进行仿真，根据航向控制系统设计 并进行验证。 首先，对 鱼雷航向控制系统的组成及 基本 原理 ，航向运动的特点做了简要介绍；其 次， 根据鱼雷的类型、特点和技术指标，从航向系统的控制规律方程和侧向运动的状态方程推导出系统的微分方程，从而建立数学模型组成原理图，并对鱼雷控制系统计算机辅助分析 ，即稳定性分析、根轨迹分析、频域响应分析、时域响应分析，并用 最后，采用了对比 P、 定了 用参数整定法确定出能满足要求且可以实现的系统参数，不满足的时候再重新选取参数，进行分析和仿真，直到满足要求为止。通过 程和 得加入所设计的控制器后航向控制 系统性能达到 45 %25% , 的技术要求，验证了设计下的 用 设计提高了航向控制的准确性和稳定性，改善了系统的性能且具有良好的抗干扰能力。 关键字 ： 鱼雷，航向控制系统， 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 he is a in is an of an in is to by as as at a to to a In to of is is in an in of of of a is to ID of is to of is of of is of of to to , ID as to be by so is to of is 45 %25% , ,of of of ID ID of is 北工业大学明德学院本科毕业设计论文 目 录 第一章 概 述 . 1 业设计选题的意义 . 1 业设计的任务分析 . 2 业设计的主要技术指标及控制要求 . 2 第二章 鱼雷及自动控制系统简介 . 4 雷及其自动控制系统的发展 . 4 雷的发明及其特点 . 4 雷的战斗使命及国内外的发展现状 . 4 雷自动控制系统的基本原理与组成 . 5 雷自动控制系统的战术技术要求 . 7 动控制系统的一般性能指标 . 7 雷自动控制系统的主要战术指标 . 8 第三章 鱼雷航向控制系统 . 11 雷航向控制的基本原理 . 11 雷航向控制系统的动态特性 . 14 渡过程的分析 . 14 用根轨迹对稳定性进行分析 . 16 率特性分析 . 18 雷航向控制系统的稳态分析 . 19 向控制系统的稳态误差 . 19 动输入的影响 . 20 第四章 鱼雷控制系统的计算机辅助分析 . 22 雷控制系统的稳定性分析 . 22 雷控制系统的根轨迹分析 . 22 轨迹分析的 . 22 雷侧向运动的根轨迹分析 . 24 雷控制系统的频域响应分析 . 25 域响应分析的 . 25 雷侧向运动的稳定性分析 . 27 雷控制系统的时域响应分析 . 30 域响应分析的 . 30 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 雷航向系统的时域响应分析 . 31 域响应分析的 . 33 第五章 某型鱼雷航向控制系统的设计 . 37 算机辅助设计 . 37 统控制方案的对比与说明 . 37 . 40 述 . 40 制器参数整定法 . 40 第六章 采用 节器某型鱼雷航向控制系统设计结论 . 53 致 谢 . 55 参考文献 . 56 毕业设计小结 . 57 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 1 第一章 概 述 业设计选题的意义 现代鱼雷是一种复杂的高新技术武器，具有速度快、航程远、隐蔽性好、命中率高和破坏力大等特点，是水中的导弹。为了保证鱼雷按技术要求的弹道准确运动，提高鱼雷的命中率，对鱼雷航向的控制研究就显得至关重要。又因为现代鱼雷航行深度范围大、航程远、航速高、变速质、鱼雷的特征参数在很大范围内变化 ，并要求实现各种战术弹道，如垂直命中末弹道等，对控制精度要求特别高，传统的控制技术已不能满足，需要采用最优控制、最优估计、系统辨识、自适应控制、鲁棒控制、容错控制、智能控制等现代控制理论及技术 1。而且随着计算机软硬件、图形及智能模拟技术的进步，鱼雷控制系统的计算机辅助分析、设计与仿真已成为工程设计及科学研究不可缺少的组成部分，这些技术充分利用计算机的高速运算和处理能力，进行动态系统的建模、分析、设计和仿真 2。 向控制系统的主要任务是稳定和控制鱼雷的航向，使鱼雷按设定航向运动， 尽可能不受外界干扰的影响，消除鱼雷对设定航向的偏差以及外加一个控制信号去改变原来的设定航向，使鱼雷到达并保持新的设定航向。 它适用于需要进行高精度测量控制的系统。即当我们不完全了解一个系统和被控对象，或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用 参数整定技术对工程技术人员有很大的帮助，因此有着十分重大的工程实践意义。现代鱼雷主要用于攻击潜艇，也用于攻击大、中型水面舰船。本课题 的研究 就是 选择 合适的 鱼雷的航向控制系统最优化。可以 准确地按航向运动，并且能够使其瞄准目标，准确击中，这对于海上作战有非常重要的意义。目前，世界各国都在结合自己本国的特点制造鱼雷武器。因此，在这方面，我国也应该大力研究和提高这方面的技术，建立我国的海军战略部署。 课题 研究设计 结合了鱼雷自动控制理论的技术和计算机仿真西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 2 技术，对被控对象进行数学建模、设计与分析。采用 数控制系统进行计算机仿真 ， 可快速地实现多种规则和参数的准确仿真效果。利用 真设计使得鱼雷航向控制系统具有良好的抗干扰能力，稳定和准 确的航向控制。 过本次毕业设计，不仅让我对本专业的知识有了更加全面的掌握，掌握了鱼雷航向控制系统的方法。能熟练的应用 真软件对研究的问题，进行编程、建立模型得到最优化的 时，拓展了知识面，提高了自己独立分析问题、解决问题的能力，为今后的工作打下坚实的基础。 业设计的任务分析 本论文主要通过以下几个方面，设计采用 节器某型鱼雷航向控制系统： 的发展，其中包括鱼雷的发明及特点、战斗使命和国内外发展的现状。 绍分析鱼雷自动控制系统的原理与组成以及鱼雷控制系统的一般性能技术指标和主要战术指标。 用 件对航向系统进行，包括系统的过渡过程分析即稳定性分析、根轨迹分析、频域分析、时域分析，开展控制系统方案论证，建立系统数学模型。 行参数的计算与选择，利用计算机仿真做最后的验证。 业设计的主要 技术指标及控制要求 已知某型鱼雷航向控制系统的结构图如下： 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 3 图 1型鱼雷航向系统结构图 图中：舵机的传递函数： 1)( r (鱼雷的航向传递函数 : )1)(1()1()(43 (技术指标：加入所设计的控制装置之后航向控制系统应满足的性能如下： 1. 相稳定裕度 45 2. 超调 25% 3. 过渡过程时间2s 4. 无静差 主要的任务：完成鱼雷航向控制系统的分析与设计，对比选择合适的控制规律，设计鱼雷航向控制系统 要完成利用 件分析、设计以及仿真验证。 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 4 第二章 鱼雷及自动控制系统简介 雷及其自动控制系统的发展 雷的发明及其特点 鱼雷是由英国工程师罗伯特怀特黑德 (明的，该鱼雷借鉴了卢庇乌斯的发明，用压缩空气发动机带动单螺旋桨推进，通过液压阀操纵鱼雷尾部的水平舵板控制鱼雷的艇行深度。当时鱼雷的雷速仅 11公里 /小时，射程 180 640米，尚无控制鱼雷航向的装置。因其外形似鱼，而称之为 “鱼雷”。 1887年 1月 13，俄国舰艇向 60米外的土耳其 2000吨的 “因蒂巴赫”号通 信船发射鱼雷，将其击沉。这是海战史上第一次用鱼雷击沉敌舰船。随着第一次世界大战和第二次世界大战的爆发，战争随即而来，尤其是海上战争变得尤为激烈和重要，因此鱼雷的作用也越发的明显，鱼雷是反潜作战的重要水下攻击武器。目前世界各国结合自己本国的特点和战略部署研究、改进和制造鱼雷，目的是使鱼雷更轻便，进一步提高命中率、爆炸力和捕捉目标的能力。鱼雷的特点就在于速度快、航程远、隐蔽性好、命中率高、破坏威力大 1。 雷的战斗使命及国内外的发展现状 现代鱼雷主要用于攻击潜艇，也用于攻击大、中型水面舰 船。除由舰艇、飞机携载外，还可配置在要塞、港口和狭水道两侧的 岸基 发射台，用于攻击入侵的敌方舰艇。鱼雷在国外的发展：在 二战 期间，德国、日本都先后推出了有人操纵的鱼雷。有人操控鱼雷是最特殊的鱼雷，它需要有人坐在鱼雷中直接操纵控制鱼雷的，称为“有人操控鱼雷”，简称“人操鱼雷”。后来是 重型鱼雷 ，由于其航程远、威力大是美俄两国海军发展的重点。在美军重型鱼雷中最具代表性的当属过数十年的不懈努力，这种鱼雷目前已发展到了 1、 2、3、 4、 5六个型号，主要装备各型核潜艇，是美海军用以攻击潜艇和水面舰艇的主力武器。目前美国着重在研制 适应能力强，智能化程度高，其制导系统采用声自导平面基阵，具有目标识别能力和水声对抗能力，西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 5 尤其是浅水性能好，有极强的抗混响和抗干扰能力，航速可达 60节时，航程 18000米，航深 900米，是当今世界最先进的轻型鱼雷之一，也是美海军本世纪的主力鱼雷之一。俄罗斯 90 年代在 础上研制出了 空投反潜鱼雷。而在我国海军武器装备中，鱼雷占有相当重要的地位，始终是海军武器研制的重点之一。我国研发鱼雷，曾经历一段非常艰难的路程，其所遭遇的困难，远比研制核潜舰还大。 60 年代中期，在研制汉级核子动力攻击潜舰的同时，也开始研制为其配备 的鱼三型反潜鱼雷； 70 年代中期汉级核潜舰研制成功交付海军使用，但配备的鱼雷却迟迟研制不出来，直到 80 年代中期鱼三型才研制成功。我国自制鱼雷可追溯至 50 年代末期，早期仍以俄制系统为唯一仿制对象，后来因应局势改变，也以欧洲系统为技术输入对象。前苏联最初并未给予中国全面的技术支援，除了有所顾忌之外，当时两者间的工艺水准落差极大，可能也是考虑因素之一。我国海军的鱼雷研制，从 50 年代末期正式开始，首先是仿制两种俄制鱼雷，即鱼一型潜射和鱼二型空投攻船鱼雷； 70 年代开始独立研制鱼三型深水反潜和鱼四型潜射攻船鱼雷；到 80 年 代又借助逆向工程研制了轻型反潜鱼雷，并开始研制新一代的鱼五型线导反潜鱼雷和火箭推进反潜鱼雷（ 到 90 代，我国海军已先后装备了自制的热动力导引鱼雷、潜对潜 /潜对舰电动声导鱼雷、空投反潜鱼雷火箭助推鱼雷、潜对潜线导反潜鱼雷等。整体而言，我国鱼雷武器发展的时间虽短，但已具有一定的水准，然而距现代高科技海战的要求仍有一段距离。80 年代后又开始从国外引进先进鱼雷，目前已知引进的包括有意大利的白头轻型反潜鱼雷、俄罗斯的 533公里系列鱼雷等。 雷自动控制系统的基本原理与组成 鱼雷自动控制系统 的的主要作用就是对运动参数的部分或全部进行自动控制，使鱼雷按照技术要求的战术基准弹道航行。鱼雷自动控制系统的组成：自动控制装置和被控对象（鱼雷），二者按照闭环负反馈原理 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 6 图 2雷自动控制系统原理框图 1 工作原理：敏感元件测量雷体的实际运动参数，并输出相应的信号同运动参数的设定值进行比较，当雷体偏离规定的战术基准弹道时，便产生偏差信号，经信息处理装置综合放大后，成为符合控制规律的信号，操作伺服机构，也就是舵机，使舵面产生相应的偏转，由于整个系统是按负反馈原理连接的，其结果使雷体运动趋 向按技术基准弹道航行。当鱼雷到达战术要求的航行状态时，控制信号为零，舵面回到平衡状态，鱼雷按所要求的弹道航行。控制装置的功能：接受设定和引导指令信号，同时接收雷体输出的反馈信号，并产生响应的控制信号，使雷体在控制信号的作用下，实现受控运动 1。 或指令装置 它发出控制目的要求的主令信号，用以确定鱼雷运动参数的“目标值”。主令信号可以在发射前设定，也可以由自导装置或线导装置在鱼雷航行过程中给出，其物理特征可以是电量、非电量、模拟量、数字量等各种形式 1。 它主要由 鱼雷运动参数的测量元件组成。如速率陀螺、加速度计、方向陀螺、垂直陀螺以及压力传感器等，用以测量鱼雷运动参数的“瞬时实际值”，并将运动参数转换为便于传递，便于同设定信号、指令信号进行比较的物理量。一般来说，鱼雷控制装置所用的敏感元件是非电量的电测原件 1。 用以设定信号和导引装置输出的指令信号，以及敏感元件输出的测量信号按控制算法进行综合处理，使其成为符合控制规律要求的控制信号。因此，信息处理器一般又称控制器。现代鱼雷所用的信息处理器可以是模拟电路和 /数字电（例如 :加法器、比例器、微 分器、积分器、限幅器、滤波器等），也可以是微型计算机 1。 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 7 将信息处理器输出的控制信号进行功率放大，并推动舵面偏转，控制鱼雷按战术技术要求的弹道运动，伺服机构也称舵机 1。 如上所述，系统的稳态及动态特性，与鱼雷及控制装置都有密切的联系，所以本论文通过计算机辅助就从未加入 域、根轨迹作对比分析其动态特性，选择最佳控制装置以满足技术要求。 雷自动控制系统的战术技术要求 动控制系统的一般性能指标 常用的 一般性能指标有： 定性是一个系统能够完成控制任务的前提，它反应于 t时渐近性和有限时间内的收敛性，系统要能正常工作，其过渡过程也就是瞬态响应必须是稳定的 1。 反映了控制系统的准确性，就是我们平常说的稳态误差，它是由稳态误差来表示的。系统稳态误差表示如下 1： )()(其中 )(fd )(是一个典型的动态性能指标，反映了系统响应的快速性，是当响应达到并保持在稳态值的 2或 5误差范围内所需的最小时间 1。 也是主要的动态性能指标，表示系统响应过程的平稳性，在一定程度上反映了系统的振荡趋势 1。超调量可表示如下： %)(m (其中 )(受控量的状态坐标，也就是自动控制原理中所说的峰值，就是自动控制原理中所说的终值。 般的动态性能指标可用某易积分泛函来表示。设系统状态的坐标为1x,2x,.,制量为1u,2u,.,般的积分泛函指标可定义西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 8 为 tt 0 );,.,;,.,( 21210 (式中，0数 )(0 1( 函数，它的具体形式有工程实际问题的要求来确定。例如，对于线性系统来说， )(0 所谓二次型性能指标，其一般形式为 tt m qp ji 0 )( , (式中，t 的函数，也可能是常数 1。 雷自动控制系统的主要战术指标 除了基本的性能指标外，战术指标也尤为重要，因为它是依据战术使用的目的与要求规定的。 1. 航向设定及航向准确性与机动性 为了便于发射，掌握战机，鱼雷用的方向仪应有定角装置，可在一定范围内设定初始转角，以保证目标处于任何角度 方位上都可以对其进行攻击。 为了保证所需的命中率，必须要求鱼雷航向有一定的准确性，航向准确性以航向偏差来衡量。航向偏差用鱼雷航行过程中其重心相对目标点的侧向偏移与航程的比值百分数来表示：直航鱼雷所容许的航向偏差不大于 1%。自导鱼雷直航段的航向容许偏差应考虑在单发精确射击及其它误差确定的条件下，航向容许偏差不应该自导鱼雷的命中率有显著降低，应通过充分论证以确定其数值，一般不大于 2%；线导鱼雷一般给出航向陀螺的精度，要求其值不大于 h/ 。 鱼雷航向的准确性，取决于鱼雷的流体动力特性、结构总体特性、横滚以及航向控制装置的性能等；鱼雷航向的机动性一般用旋回角速度和最小旋回半径来衡量 1。 鱼雷的航行深度应根据鱼雷的作战使命、发射平台、制导方法、打击对象、引信种类、作战海区等，经综合论证，由研制任务书规定，反舰鱼雷应设定自导搜素深度和攻击深度；反潜鱼雷出设定自导搜索深度和攻击深度外，还应设定上西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 9 限深度、下限深度和最大容许下潜深度；对于线导鱼雷，还要设定线导的巡航深度。并根据战斗环 境和目标情况可在发射前自由设定。鱼雷航行深度的准确性以航深偏差表示，航行深度的准确性，主要取决于深控装置的性能及可靠性，同时也与动力装置的性能、弹道形式以及鱼雷结构总体特性、平衡质量等有关。对于反潜鱼雷，还要求其深度平面内运动时有一定的机动性。深度平面机动性指标有：旋回角速度、最小旋回半径、爬潜角等 1。 从鱼雷发射，到鱼雷被操纵到设定深度的稳态值，这一段运动过程称为动态过渡过程或初始弹道，对初始弹道的战术技术要求有以下几点：（ 1）调整距离：鱼雷初始弹道所航行的距离；（ 2）袋 形深度：鱼雷发射后形成的袋形弹道的最大深度；（ 3）跳水：鱼雷发射后的航行过程中跳离水面的现象 1。 （ a） 空头或水面发射 (b) 潜艇在定深线以上发射 (c) 潜艇在定深线以下发射 图 2种发射条件下初始非稳定弹道示意图 1 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 10 期非稳定段距离； ：最大超调量；形深度；定深度；射深度 为了保证自导、引信、控制系统有良好的工作条件，鱼雷航行时横滚角应越小越好，但不能为零。 除了以上动态和稳态性能指标要求之外，还有安全可靠性、使用维护方便性 、经济 性以及对于环境条件的适应性要求。以上这些战术技术指标一般不是解析形式，而是用统计数据给出的 1。 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 11 第三章 鱼雷航向控制系统 雷航向控制的基本原理 鱼雷在空间的运动可以分解为纵向运动和侧向运动，而为了控制鱼雷的侧向运动就必须具有与侧向运动相对应的控制通道，即航向和横滚控制通道。在本论文中，主要研究的是鱼雷的侧向运动相对应的控制通道：航向控制。稳定和控制航向使鱼雷控制系统的主要任务。稳定就是不受外界干扰的情况下，能按照设定航向运行，消除偏差，而控制就 是加入控制信号改变原来的设定航向，使鱼雷到达并保持新的设定航向。某型鱼雷的航向系统控制原理图如下： 图 3雷航向控制系统原理图 控制原理：鱼雷为受控对象，航向陀螺是一个二自由度陀螺仪，作为测量元件，用以敏感鱼雷纵轴相对于设定航向的偏离，并产生相应的控制信号到舵机上，舵机推动直舵偏转，从而操纵鱼雷运动。再不考虑舵机时间常数的情况下，其控制规律为： )( (其中g为设定航向，T为实际航向。前面的负号是由鱼雷坐标系所规定的正负方向锁引起的，即向左 ( )偏航将产生正的（向右）舵角。式（ 标示的控制规律指出，直舵角r与被控制量的差值成正比，因此，称之为“比例式航向控制装置”。 为了说明这种系统的工作原理，先研究g=常数的情况，也就是保持设定航西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 12 向稳定的情况。为了讨论方便，假 0g设。在没有干扰时，鱼雷沿设定航向运动， ， 0 。因而 0机不动作， 0r。若在某种干扰作用下，鱼雷向 左偏离设定航向，雷体纵轴就相对于航 向舵螺转子轴向左偏了一个角度0T ，即 0 ，并输出一个与 成比例的控制信号 在这个信号作用下，舵机推动直舵向右摆动 0r，于是产生一个使鱼雷向右转动的力矩 0)(1 。在这个力矩作用下，鱼雷逐渐回到原来设定的航向上，T趋向于g。随着航向偏差的减小，控制信号机的反馈信号是舵机输入信号将改变极性，使舵机返回原来的平衡位置，如果干扰消失，稳定过程结束， ， 0 ， 0r。如果参数定过程如图 3 图 3整 的过渡过程 1 现在再来研究控制过程，假设要求鱼雷航向g的基础上向左旋转g，即0 g ，于是鱼雷实际的航向角 T 小于要求的航向角（ ），航向偏角g 为正，按控制规律，这时 0r，直舵向左偏转，使鱼雷向左旋转，随着 ，航向偏差 逐渐减小，鱼雷到达要求的航向，直舵在舵机推动下回到平衡位置， 0 ， 0r，控制任务完成。如果参数雷航向的控制过程 如图 3 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 13 图 3制 的过渡过程 1 而考虑舵回路的惯性，舵机时间常数的情况下，其控制规律为： )(1 1 （ 其中 由于 整个航向控制系统装置的惯性通常主要体现在舵机上，因此当选择舵机参数，可使 T，当 于一般舵机的频带比鱼雷运动的自然频率大 5 至 7倍，所以初步设计时往往省略舵机时间参数的影响。因此本论文在研究采用 选取合适的 制规律前，首先在 0析 0择 T），判断考虑舵机时间常数对系统的稳定性及动态性能的影响。确定舵机传递函数的参数据任务书，已知某型鱼雷的航向控制系统原理图如下： Tg )( sG c )( )( 图 3型鱼雷航向控制系统原理图 其中 )()(舵机传递函数， )(雷体航向传递函数，有如下公式 1： 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 14 1)( sG r()1)(1()1()(43 (已知 k， ， T， T，因此航向传递函数为 1： )11 0 ) (雷航向控制系统的动态特性 渡过程的分析 如果不考虑死区，饱和等非线性因素的影响，航向系统的控制规律微分方程为： (式中 1。 用时域分析法分析系统过渡过程的步骤： 斯反变换求出系统的时域解。 将式（ 以下侧向运动的状态方程联立 )()(s )()()()()()()()()()()(01531525143142411(式中， 与1y是速度参数； 和侧向运动的微分方程组与对象联立 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 15 1531525114314241(将1y 代入上式整理得 0005432154321( 具有如下的解： ( 将上式两边分别进行拉普拉斯变换得： 0)1()(0)()()()()(0)()()()()(543221543221(其中有一组零解，这组解相当于未扰动运动，我所要研究的是扰动运动，因此)(s 、 )(s 、 )(是非零解，特征行列式为零即可，如下： 010)( 543221543221(解特征方程，特征方程有 4个特征根，分别设为1，2，3，4，一般说来，鱼雷航向控制系统的特征根为两个实根和一对共轭复根，即设1，2为实根，3，4为一对共轭复根。将 4个特征根分别代入式（ （ 然后进行拉普拉斯反变换得： 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 16 )s )()s )()s )(521521521212121(如图 1 )1()()( )1()(24334343443（ 某鱼雷运动 方程过程系数为： k ， k ， k ， k ， k ， k ，T ， 则航向系统特征方程为： 34 求解得： ， ， 4,3对