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B

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B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   学时 32 考试日期

3、  2008年11月3日    考试时间2小时  考试形式（闭）卷（B）卷题号一二三四五六七总分得分考生班级03030501学号姓名一、概念题（每小题5分；共30分）1、失衡力矩；2、鱼雷弹道的袋形深度；3、自由角；4、横舵管制；5、半实物仿真实验；6、小扰动线性化二、简答题（每小题6分，共30分）1、鱼雷的控制装置（自动驾驶仪）包括哪些组成部分，画出原理框图，并简述鱼雷控制装置的工作原理？2、鱼雷的敏感元件有哪些，分别用于测量鱼雷的什么运动状态，使用中有哪些需要注意的地方？3、为什么对鱼雷运动方程进行分组，分组后

4、的子系统分别包括哪些运动状态，对应的控制输入是什么？4、鱼雷的深度控制系统中，深度调节系数 和纵倾调节系数 对系统稳定性有什么样的影响？5、试分析舵机的时间常数对比例式航向控制系统的稳定性的影响？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、（20分）鱼雷航向控制系统的状态方程式中式中，,试确定反馈增益矩阵，使闭环控制系统的特征方

5、程为四、（20分）鱼雷航向继电控制系统如下图所示：图中，鱼雷航向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B答案一、概念题（每小题5分；共30分）1、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。2、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，水上发射时，袋形深度指从水

6、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。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、横舵管制：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。5、半实物仿真：所谓半实物仿真，就是将系统的一部分用实际装置，另一部分用数学模型在计算机省运行，并用适当的实验设备将实际

7、装置于计算机连接起来。在鱼雷控制系统的半实物仿真实验中，一般控制装置采用实物，鱼雷运动的动力学特性采用数学模型在计算机上运行，再用运动模拟转台和深度伺服系统将两者连接起来。6、小扰动线性化：在小扰动条件下，在“工作点”附近略去高阶小量，将物理过程的非线性关系简化为线性关系。二、简答题（每小题6分，共30分）1、鱼雷的控制装置（自动驾驶仪）包括哪些组成部分，画出原理框图，并简述鱼雷控制装置的工作原理？答：鱼雷的控制装置包括：设定和/或指令装置、敏感元件、信息处理器、伺服机构，其原理框图为：敏感元件测量鱼雷的实际运动参数，并输出相应信号同运动参数的设定值进行比较，当鱼雷偏离规定的战术基准弹道时，即

8、产生偏差信号，经信息处理装置（自动驾驶仪）综合放大后，成为符合控制规律的信号，操纵伺服机构（称为舵机），使舵面产生相应偏转。2、鱼雷的敏感元件有哪些，分别用于测量鱼雷的什么运动状态，使用中有哪些需要注意的地方？答：鱼雷的敏感元件包括：（1）陀螺仪：二自由度陀螺仪测量偏航角和水平姿态角、，单自由度陀螺仪测量鱼雷角速度。（2）加速度计：用于鱼雷不仅可以测量鱼雷的运动加速度，而且可以测量鱼雷的水平姿态角和。当鱼雷的运动加速度不为零时，会对加速度计的输出产生干扰。（3）惯性导航系统：提供包括位置、航向、速度、加速度，以及姿态角、转动角速率在内的全部导航和制导信息。（4）压力传感器：测量鱼雷航行深度。3

9、、为什么对鱼雷运动方程进行分组，分组后的子系统分别包括哪些运动状态，对应的控制输入是什么？答：为了便于研究鱼雷运动的规律，常将其空间一般运动分解为在垂直平面的纵向运动，在水平面内的侧向运动，以及鱼雷绕其纵轴的横滚运动。3个舵角分别只控制其中的一种运动。于是，一般运动方程就可分解为相对独立的3组方程。纵向运动方程组中含有以下纵向运动参数和横舵角水平侧向运动方程组中含有以下侧向运动参数和直舵角横滚运动方程组中含有以下横滚运动参数和差动舵角4、鱼雷的深度控制系统中，深度调节系数和纵倾调节系数对系统稳定性有什么样的影响？答：过大，纵倾调节作用相对于深度条件作用就可以忽略不计，会使系统稳定性变坏；过小，

10、鱼雷受到扰动之后，其运动可能是稳定的，但却不能恢复到原来的定深线上，而是稳定在一个新的深度上航行，深度偏差的值取决于初始条件，因此不能太大，也不能太小。过大，纵倾调节作用所占的比重增加，深度调节作用相对纵倾调节作用非常小，可忽略不计，系统变得不稳定。过小，纵倾调节系统的开环传递函数特征根在右半S平面，系统也不稳定，因此不能太大，也不能太小。5、试分析舵机的时间常数对比例式航向控制系统的稳定性的影响？答：对于理想舵机来说，系统的增益值可以任意选择，只要，系统都是稳定的，而且随着值增大，复根的绝对值也随之增大，系统的动态响应越来越快。如果考虑的舵机的时间常数后，为了保证系统的稳定性，增益应小于其临界值，当时间常数增大时，增益的临界值将减小。此外，从相对稳定性的观点来看，舵机时间常数的存在，使复根向虚轴靠近，从而增加了系统的振荡性，降低了稳定性。三、（20分）鱼雷航向控制系统的状态方程式中，,试确定反馈增益矩阵，使闭环控制系统的特征方程为答：（1），系统可控（2）令，特征方程与期望的特征方程比较得到解得：。四、（20分