西北工业大学2008至2009学年第一学期鱼雷自动控制系统期末考试试题A

1、西北工业大学2008至2009学年第一学期鱼雷自动控制系统期末考试试题A诚信保证本人知晓我校考场规则和违纪处分条例的有关规定，保证遵守考场规则，诚实做人。                                     本

2、人签字：            编号：        西北工业大学考试试题（卷）20082009学年第一学期开课学院     航海学院     课程     鱼雷自动控制系统      &#

3、160;      学时 32 考试日期  2008年11月3日    考试时间2小时 考试形式（闭）卷（A）卷题号一二三四五六七总分得分考生班级学号姓名一、概念题（每题5分，共30分）1、欧拉角；2、捷联式惯导系统；3、自由角；4、失衡力矩5、鱼雷弹道的袋形深度；6、舵角管制二、简答题（每小题6分，共30分）1、说明陀螺仪（分为单自由度和双自由度）的基本原理及在鱼雷自动控制系统中的应用。2、比较电动舵机和液压舵机的优缺点。3、采用加速度计或摆锤

4、测量鱼雷的俯仰角时，鱼雷航行初期阶段的加速度对控制系统有何影响，使用中如何克服？4、分别写出具有俯仰角信号和具有垂直速度和垂直加速度信号的鱼雷深控系统控制方程。5、讨论输入参考信号分别为单位阶跃信号、单位斜坡信号和单位加速度信号时，比例式航向控制系统的稳态误差与控制参数K的关系。注：1. 命题纸上一般不留答题位置，试题请用小四、宋体打印且不出框。2. 命题教师和审题教师姓名应在试卷存档时填写。          共2页第1页西北工业大学命题专用纸三、控制系统传递函数为（20分

5、）试用极点配置方法，确定反馈增益矩阵，使闭环系统的特征值为，四、鱼雷横滚控制系统如下图所示：（20分）图中，鱼雷横滚控制系统的开环传递函数为试用渐近稳定频域判据,求该非线性系统的渐近稳定条件。教务处印制     共2页第2页西北工业大学20082009学年第一学期鱼雷自动控制系统期末考试试题A答案一、概念题（每小题5分；共30分）1、欧拉角：地面坐标系与雷体坐标系之间的位置可用航向角、俯仰角和横滚角三个角度来确定，称为欧拉角。2、捷联式惯导系统：捷联式惯性导航系统是一个信息处理系统，就是把鱼雷上安装的惯性仪表所测量的鱼雷运动信息，经过计算机处理

6、成所需要的导航和控制信息。计算的内容和要求，根据捷联惯导的应用和功能要求的不同而有很大的差别。3、自由角：自由角指为了使鱼雷在设定深度上航行，必须保持平衡，可在鱼雷发射之前预先将横舵转动一个角度，这个预先设定的横舵角习惯上称为自由角。由于加入自由角后，当鱼雷在设定深度上航行时，其攻角和舵角分别等于平衡攻角和平衡舵角，所以消除了深度偏差。4、失衡力矩：螺旋桨转动时，流体对纵轴产生的力矩将引起雷体滚动，为了消除这种滚动，鱼雷都采用双桨对转，并且在设计时尽可能使双桨转矩平衡，如果双桨不能完全平衡，其转矩之差 称为失衡力矩。5、鱼雷弹道的袋形深度：指鱼雷发射后形成的袋形弹道的最大深度，水上发

7、射时，袋形深度指从水面到鱼雷最大下潜深度的距离，水下发射时，袋形深度指发射重心线到鱼雷最大下潜深度的距离。6、舵角管制：管制指在鱼雷初始航行阶段，将横舵锁定在某一范围或一定的角度上，防止鱼雷在发射后的初期出现跳水或下潜过深，使鱼雷能迅速到达设定的航行深度。二、简答题（每小题6分，共30分）1、说明陀螺仪（分为单自由度和双自由度）的基本原理及在鱼雷自动控制系统中的应用。答：单自由度陀螺仪利用了陀螺仪的进动性，在鱼雷自动控制系统中用于测量角速度；双自由度陀螺仪利用了陀螺仪的定轴性，在鱼雷自动控制系统中用于测量鱼雷航向角相对设定航向的偏差以及俯仰角和横滚角。2、比较电动舵机和液压舵机的优缺点。答：电

8、动舵机操舵功率小，舵机重量少，加工精度、装配调整、材料选用上没有特殊的困难，成本较低，另外电动舵机的可靠性和可维护性好，还较易实现多通道的控制。电动机的快速性和比功率较液压或气动作动筒来说是要差一些。但采用校正环节或非线性控制设计方法，可以使电动舵机满足鱼雷控制系统的要求。而且电动舵机所需的能源比气动或液压舵机容易实现，线路的铺设和改装也很方便。液压舵机是以高压油为能源的执行机构。它和电动舵机、气动舵机相比、具有功率增益大、转动惯量小，输出力矩大、运转平稳、快速性好、结构紧凑、重量轻、体积小、灵敏度高、控制功率小和承受负载大等优点。3、采用加速度计或摆锤测量鱼雷的俯仰角时，鱼雷航行初期阶段的加

9、速度对控制系统有何影响，使用中如何克服？答：鱼雷发射后，在水中初期航行阶段，鱼雷是加速的，速度变化范围较大。起初，鱼雷的速度低于额定航行速度，其后在推力作用下，鱼雷航行速度逐渐增加，直至达到额定航速。在加速过程中，由于惯性力的作用，摆锤将产生不规则运动，容易引起鱼雷跳水或下潜过深。为了防止鱼雷在发射后的初期阶段出现跳水或下潜过深(袋深)，使鱼雷能迅速到达设定的航行深度，对于采用惯性深控装置的鱼雷，在初期航行阶段，要将横舵加以“管制”，即将横舵锁定在某一范围或一定的角度上。所以，在发射后的某一段距离上，鱼雷的运动为非操纵的。4、分别写出具有俯仰角信号和具有垂直速度和垂直加速度信号的鱼雷深控系统控

10、制方程。答：具有俯仰角信号的鱼雷深控系统控制方程：具有垂直速度和垂直加速度信号的鱼雷深控系统控制方程：5、讨论输入参考信号分别为单位阶跃信号、单位斜坡信号和单位加速度信号时，比例式航向控制系统的稳态误差与控制参数K的关系。答：当输入信号为单位阶跃信号，即时，当输入信号为单位斜坡信号时，即时，当输入信号为单位加速度信号时，即时，三、控制系统传递函数为（20分）试用极点配置方法，确定反馈增益矩阵，使闭环系统的特征值为，答：由于在传递函数中没有零极点对消现象，所以该单输入单输出系统是完全可控和完全可观测的。其可控标准形实现为反馈向量可写成：闭环系统的特征方程为：按给定极点，系统的特征方程应为令上面两式中的同次项的系数相等，可得，四、（20分）四、鱼雷