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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

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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：

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。在本次设计中我选择的是超前补偿控制器方案对鱼雷航向控制系统设计，根据仿真结果，选取超前规律，其补偿器传递函数为 ： ， 补偿后的指标：超调量： ， 过渡过程时间： ， 相位裕度 : 该 系统达到稳定状态，得到能够满足设计要求的系统。 21 感谢金老师的辛勤指导！ 请各位老师检阅我的学习成果！ 谢谢 ! 英文文献翻译 专业名称 自动化 学生姓名 李伯培 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 1 外文原文： of a or or on it of on of in or of ou by of of be as of on a be of at a of of of to of to of a ay by or to up of of 北工业大学明德学院本科毕业设计论文 2 In by a at a or on a be to a of of is to of as to as is a is to a is to if is of a or by 0on be 0 to of be at to is in to to a of in to of or in in to of 北工业大学明德学院本科毕业设计论文 3 of a to s is is .5 be as is .5 to or on as of to s or to or or in ou or to a to a or on on to by of in of so is of a of 23 on so on of at on an of to to a is to is 北工业大学明德学院本科毕业设计论文 4 to is no of is a or so of to as as of to to of or in of to of on a 5 17P 2 to of s or as 3 3 be 0, 150, or is 00 in to to in to of In 184 5 8, 35, 90, 250, 450 m an of of a to of of a to as as In to to or it is to of to s of be 0 m to or or 北工业大学明德学院本科毕业设计论文 5 a so to of is in of hi up of u of to u of or hi be or in As in or or to or or of to up 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 6 外文中文翻译： 线导鱼雷 线导鱼雷的特点 用一根细小的导线或光纤把发射平台（舰艇、飞机或岸基）与鱼雷联接起来，使发射平台的火控系统和雷上装置组成 联络 ，用以对鱼雷进行遥控，引导鱼雷接近、捕获和攻击敌方舰艇，这种鱼雷就是线导鱼雷。因此，它具有其它鱼雷 无法比拟的优点。捕捉目标的概率高 对距离远、速度大、机动性能强的目标，在目标运动要素测定误差较大、鱼雷本身发射散布较大或自导作用距离较短时，鱼雷捕捉目标的概率将迅速降低，而线导鱼雷发射后由发射舰艇直接操纵，可一直引导鱼雷引导目标，大大提高了捕捉目标的概率。 发射迅速 鱼雷发射前必须精确测定目标运动要素，才能 对 鱼雷设定射击参数，最后将鱼雷射出。如使用线导鱼雷，则在探测设备初步判别目标方位距离的基础上即可将鱼雷射出，而后再精确测定目标运动要素，通过导线随时进行修正和导引。这样就赢得了时间，利于先发制人。 抗干扰能力强 因线导鱼雷由发射舰艇直接 操纵，所有对其干扰的器材将不起作用，故大大提高鱼雷的抗干扰能力。攻击效果好 鱼雷在导引时，可不受自身噪声的干扰，有利于提高鱼雷的接敌速度，缩短从发射到命中的时间，降低目标规避机动的效果。机动灵活 线导鱼雷既可单雷射击，也可多雷齐射，由发射舰船火控系统同时分别引导，进行多目标或多雷围攻同一目标，甚至让其脱离原攻击目标，中途改变航向攻击另一目标。如英国 导鱼雷的 控系统可以自动跟踪 6 个目标。此外，线导鱼雷还可以和导弹进行合同攻击，由线导鱼雷先行发射并在接敌过程中队目标进行补充识别，尔后发射导弹 ，双管齐下，彻底摧毁敌目标。不过，由于发射线导鱼雷时，发射舰艇或飞机和鱼雷上都须增加一套线导设备，且拖挂导线，在一定程度上影响了鱼雷的运动和舰艇的机动。 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 7 线导鱼雷的使用 线导鱼雷可由潜艇、水面舰艇和直升机等平台发射。潜艇在水下航行，隐蔽性好，一般都能先于水面舰艇之前发现对方，实施水下隐蔽攻击；潜对潜使用线导鱼雷攻击时，由于双方处于等环境条件下，攻击效果视双方武器装备的性能和谁先发现、先使用鱼雷攻击以及是否采取水声对抗等情况而定。水面舰艇和直升机使用线导鱼雷一般用于对潜攻击，也是一种较好的反潜作战方法。但所有 的发射水平都须解决以下三个问题： 射击阵位的选择 射击阵位就是发射线导鱼雷时目标的距离和舷角。从理论上讲，只要目标位于线导鱼雷的有效射程范围之内，即可立即发射线导鱼雷，但必须在舰艇声纳能测到目标或目标可由其它探测设备指示的前提下。因此，尽管目前 线导鱼雷的射程已达到 30里，但舰艇发射线导鱼雷必须与声纳等探测设备相匹配。西方海军普遍认为，舰艇依靠自身探测设备进行线导鱼雷攻击时，射击距离一般不应大于 10 海里，以提高攻击效果。至于射击舷角，潜艇水下可以在水面舰艇的任何舷角实施线导鱼雷攻击，但一般 以水面舰艇两舷小舷角攻击为佳，以利于迅速接敌，速战速决。对航速较高，航程较大的线导鱼雷，特别是末制导以尾流自导为主的线导鱼雷，也可采用舰艇危险特别是舰艇声纳无法探测目标的尾部声纳盲区实施线导鱼雷攻击。而水面舰艇使用线导鱼雷攻击。而水面舰艇使用线导鱼雷对潜攻击时，为了保持舰艇占位、射雷和鱼雷航行过程中的隐蔽性，选择射击阵位时一般要求： 一、尽量避免从潜艇两舷的远距离被动测距声纳的灵敏区占位和射雷； 二、当鱼雷速度大于目标速度 以上时，射击阵位可选择为：射击距离为鱼雷射程的 1/2，潜艇舷角为 +/ 180 度的声纳盲区。 三、当雷速小于目标速度 时，射击阵位为：射击距离为鱼雷射程，潜艇舷角为 +/。鱼雷参数的设定 线导鱼雷发射前，潜艇或水面舰艇火控系统根据声纳等探测器材测得的目标方位、距离不断计算出目标的航向、速度。 与此同时，潜艇或水面舰艇也必须通过设定电缆向鱼雷设定以下数据：鱼雷转角、巡航深度、搜索深度、上下限深度、浅海深海方式、末自导工作方式、采用线导或尾流自导及声自导工作方式、搜索和再搜索方式、触发或非触发、自导西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 8 开启时间、安全距离等，其他参数可在发射后通过导线控制。鱼雷的引导 发射线导鱼雷后，潜艇或水面舰艇鱼雷攻击控制人员要对鱼雷进行引导，以便引导鱼雷导向攻击目标。潜艇或水面舰艇对鱼雷进行引导时，鱼雷攻击控制人员根据火控现实台上显示的目标、鱼雷和本舰艇三者的航迹、态势及弹道参数，决定采用以下引导方法： 一、提前角法：按测得的目标运动要素实时计算鱼雷的提前角，直至鱼雷自导发现目标并转换为末自导搜索为止。这种射击方法特别适合在目标定速直航，并且已知目标的方位、距离、航向和航速的情况下使用。 二、三点引导法：控制鱼雷保持在发射舰艇和目标的连线上，直至鱼雷自导发现目标并转换为末自导搜索为止。因 此，这种引导方法是根据每一时刻的目标方位，将鱼雷始终保持在目标、鱼雷和发射舰艇三点的一条方位线上，直至鱼雷接近目标。 三、方位航向法：类似于三点引导法，是鱼雷出管后每一时刻沿目标方位线航行，引导鱼雷至目标附近，改由鱼雷末自导操纵。这种方法特别适用于对付快速机动目标，这是仅知目标方位而无完整和准确的目标运动参数。直升机由于本身的战术特性和对潜探测定位的方式与潜艇或水面舰艇不一样，因此对鱼雷的射击阵位、导引方法及作战使用方法也不相同。 注意事项 初始段航向、航深、安全距离和自导开机距离等设定要合适 线导鱼雷发射后，须尽快离开发射航舰艇的航向和深度，防止鱼类因转交设定过大而危及本坚挺的安全，或停留在发射深度而妨碍发射舰艇的战术激动，以及防止因鱼雷辐射噪声而影响舰艇声纳的正常工作。水面舰艇发射时，鱼雷设定在某一深度以下航行，如 25 米以下， 12 米以下。潜艇发射时，选择鱼雷航深与潜艇航行深度错开。设定鱼雷的初始安全时间或距离，如“虎鱼”为 23 秒， 13 秒，设 90、 150、 300 米三档。在此时间或距离内，引信不供电。设定鱼雷自导开机距离（一般为 400），在这个初始自 导开机时间之内，自导不能工作，防止因鱼雷故障、设定失误而使鱼雷自导装置捕捉到发射舰艇本身，以保证发射舰艇的安全。另外，若水面舰艇发