【JL008】采用超前滞后补偿方案某型鱼雷航向控制系统设计
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jl008
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超前
滞后
补偿
方案
鱼雷
航向
控制系统
设计
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【JL008】采用超前滞后补偿方案某型鱼雷航向控制系统设计,jl008,采用,采取,采纳,超前,滞后,补偿,方案,鱼雷,航向,控制系统,设计
- 内容简介：
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1 采用超前 /滞后补偿方案 某型鱼雷航向控制系统设计 答辩人：李伯培 指导教师：北工业大学明德学院本科毕业设计论文答辩 2 答辩提纲 选题背景 鱼雷自动控制系统概述 鱼雷航向控制系统 系统方案 设计 结论 致谢 3 选题背景 鱼雷 是现代海战中的主要 攻击 型 武器 ,具有速度快、航程远、隐蔽性好、命中率高和破坏威力大等特点。由于鱼雷在水中的精确制导，鱼雷在水下的作战地位越来越高，是未来海战有效的反潜武器，因此得到世界各国海军的青睐。 鱼雷航向控制系统是鱼雷精确制导的关键，本文采用超前补偿方案对某型鱼雷航向控制系统设计。 4 （ 1）鱼雷自动控制系统原理框图如下图所示 控制部分（自动驾驶仪） （ 2）鱼雷自动控制系统主要组成 被控对象（鱼雷） 鱼雷自动控制系统概述 5 控制部分组成： 指令装置（输出控制目的要求的主令信号） 敏感元件（测量参数实际值、转换信号、比较设定信号） 信号处理器（处理敏感元件输出的指令信号） 伺服机构（对信号处理器输出的控制信号进行放大） （ 3）鱼雷自动控制系统的工作原理 敏感元件 鱼雷实际运动参数 相应信号 设定值 当鱼雷偏离规定的战术基准弹道时，即产生偏差信号，通过信息处理器放大信号，得到符合控制规律要求的信号，操纵伺服机构使舵面产生相应偏转。当控制信号为零，舵面回到平衡，鱼雷按所需要求的弹道航行。 6 自动控制系统的一般性能指标： （ 1）稳定性（反映系统在 时的渐进性和有限时间内的收敛性 ） （ 2）稳态精度（反映控系统的准确性，用稳态误差表示，即系统 输出稳态响应的期望值与实际值之差） （ 3）调整时间（反映系统响应过程的快速性，取决于正确的选择控制规律） （ 4）超调量（系统的主要动态性能指标，表示系统响应过程的稳定性） t 航向控制原理框图 航向陀螺（测量元件） 调节器 舵机 回路 、直 舵 执行器 航向控制系统 鱼雷 被控对象 7 鱼雷航向控制系统组成及原理 航向控制系统的主要任务是稳定和控制鱼雷的航向 8 鱼雷航向控制系统性能分析 某型鱼雷航向控制系统开环传递函数： 闭环传递函数： 34( 1 )()( ) ( 1 ) ( 1 ) s T s T s 344 3 23 4 3 4 3 4 3 4( 1 )()( ) ( 1 ) ( 1 ) ( 1 )( 1 )( ) ( ) ( 1 ) s T s T s K K T s T T T T T T s T T T s K K s K K 某鱼雷的特征方程为 : 求解得 : 特征方程有两个实根，以指数的形式衰减，其动态特性主要由共额复根决定，即 求得： ， 9 4 3 23 0 2 0 6 . 3 7 1 9 . 6 8 1 6 8 8 . 2 5 0 1 3 , 422 1 . 9 3 , 5 . 2 8 , 1 . 3 9 5 3 . 5 5 4i 2 1 . 9 3 5 . 2 8 1 . 3 9 5 1 . 3 9 51 2 5 52 1 . 9 3 5 . 2 8 1 . 3 9 5 1 . 3 9 51 2 5 1 52 1 . 9 3 5 . 2 8 1 . 3 9 51 2 5 1( ) ( s i n 3 . 5 5 4 ) ( s i n 3 . 5 5 4 )( ) s i n ( 3 . 5 5 4 ) s i n ( 3 . 5 5 4 )( ) s i n ( 3 . 5 5 4 )t t t t t t e A e A e t A e e B e e B t e B e C e e C t 1 . 3 9 55s i n ( 3 . 5 5 4 ) t 1 . 3 9 5 5% 33 2 . 1 51 . 3 9 5 根据上述开环传递函数表达式，可得系统的开环频率特性： 对于某型 53口径鱼雷，当 时，航向系统的开环对数频率特性曲线如图所示 ： 10 341()1 1 1 j T j T j ()L d /d B d e c4 0 /d B d e c2 0 /d B d e c4 0 /d B d e c6 0 /d B d e c90 o180 oc270 oc （ 度 ）()h d 度 ）1200202 . 8 60 . 6 8200 . 19 . 3 51011 由图可知，系统的频域特性指标为： 截止频率： ； 相角裕度： 用经验公式可以估算系统响应单位阶跃函数的过渡过程性能指标： 最大超调量： ； 过渡过程时间： 根据以上分析，再次表明，舵机时间常数 航向系统产生不利影响，使其动态性能指标下降；增益 值有一个临界值，当其大于临界值时，系统将变得不稳定。为了保证一定的动态性能指标， 值一般不适宜选的过大。 c = 2 . 9 5c = 3 5 0 . 1 6 0 . 4 ( 1 ) 4 5 . 6 % 22 1 . 5 1 2 . 5 1 4 . 7 7 s 本设计选用超前补偿控制器对某型鱼雷航向控制系统设计 串联超前校正系统 结构图 超前补偿控制器传递函数： 式中： 根据相角裕度求得 13 设计 步骤： （ 1）根据给定稳态误差的要求，确定系统的开怀增益 （ 2）根据已确定的开环增益 出相位裕度 （ 3）根据给定的相位裕度 算校正装置所提供的相位超前量 （ 4）根据所确定的最大超前相角 出相应的 值 。 （ 5）求校正装置的时间常数 : （ 6）得到校正 装置 传递函数： 114 下面的程序是用超前补偿的 （ 1） d=0 0 0 p*r* 3*d*d*3*3+d 1 0; n=0/(n)/; m,kc*5; )*80.0;1+(1; w=1,2);kc*w); 0* 10*w, T=1/(;z=;p=T;z,1;p,1; kc*nk,dk, 15 m1,m1,w);m2,w); 11),w,20*r,w,20*g); s); ); 12),w,r,w,g); s););m, 2）补偿前后系统的阶跃响应的程序： 1); 1); t=0:0; t); t); t,r,t,g); s); y); ; t);K=1/; 16 速度误差常数为 11；相位裕度 9 ,由速度误差常数的要求可得用 =T=校正装置传递函数 : , 下图所示： 17 18 进行仿真验证： 修改后 补偿器传递函数为 ： 建立 超前控制器 下图： 19 加入超前控制器后鱼雷航向控制系统阶跃响应曲线 如下图 : 由上图可知：控制系统的超调量： , 过渡过程时间： ， 相位裕度 : 。 此系统达到稳定状态，其性能指标达到任务书所给的要求。 20 结论 对于鱼雷航向控制系统的设计，通过分析鱼雷航向运动的主要性能指标，提出鱼雷航向控制系统的方案，正确选择控制系统的控制器和控制规律。在本次设计中
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