飞行器控制系统_课程设计

1、课程设计任务书学生姓名： 专业班级： 指导教师： 陈跃鹏 工作单位： 武汉理工大学 题 目: 飞行器控制系统设计 初始条件：飞行器控制系统的开环传递函数为：要求完成的主要任务: （包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1. 分别用时域和频域方法设计该系统的控制器。控制系统的时域性能指标为：单位斜坡输入的稳态误差0.000443最大超调量5%上升时间0.005sec调节时间0.008sec控制系统的频域性能指标为：单位斜坡输入的稳态误差0.000443相位裕量大于2. 用Matlab对校正前后的系统进行仿真分析，画出阶跃响应曲线，计算其时域性能指标。时间安排： 任务时间（天）

2、审题、查阅相关资料2分析、计算2编写程序2撰写报告1论文答辩0.5 指导教师签名： 年 月 日系主任（或责任教师）签名： 年 月 日摘要:根据被控对象及给定的技术指标要求，涉及自动控制系统，既要保证所设计的系统具有良好的性能，满足给定的指标要求，还有考虑方案的可靠性和经济性，本课程设计是在给定的指标下，分别用时域和频域方法设计该系统的控制器。本文首先从理论的方法分别用时域和频域法求出控制系统的时域性能指标，再用Matlab对校正前后的系统进行仿真分析，画出阶跃响应曲线，计算其时域性能指标，经验证，满足设计要求。关键词:飞行器 控制系统 时域 频域 MATLABAbstract：Accordin

3、g to the controlled object and given the technical index requirements, involving the automatic control system, which not only have to guarantee the system designed has good performance, and meet given index requirement, also considering scheme reliability and economical efficiency, this course is de

4、signed in a given index, respectively for time domain and frequency domain method to design the system controller. This paper from the theoretical method respectively in time domain and frequency domain method for the control system of the time-domain performance index, reoccupy Matlab before and af

5、ter correction system simulation analysis and draw the Laplace domain response curve, calculates the time-domain performance indicators, the verification, and meet the design requirements.Key words: Aircraft Control system Time-domain Frequency domain Matlab目 录1设计要求·····

6、3;···········································1 1.1初始条件·····&

7、#183;········································1 1.2设计任务·······

8、3;······································12 用时域方法设计系统控制器·········&

9、#183;···················1 2.1题目分析····························

10、3;·················1 2.2超调量计算·······························

11、·············2 2.3稳态误差···································

12、83;··········3 2.4上升时间······································

13、········3 2.5调节时间········································

14、83;·····43 用频域方法设计系统控制器 ····························4 3.1理论分析············&#

15、183;·································4 3.2参数计算···············

16、;·······························44 MATLAB仿真分析················

17、3;·····················5 4.1 阶跃响应曲线及性能指标··························

18、;·······5 4.2 MATLAB频域分析········································7

19、5 心得体会·················································

20、··10参考文献飞行器控制系统设计1 设计要求 1.1 初始条件：飞行器控制系统的开环传递函数为：1.2 设计任务：控制系统的时域性能指标为：单位斜坡输入的稳态误差0.000443最大超调量5%上升时间0.005sec调节时间0.005sec控制系统的频域性能指标为：单位斜坡输入的稳态误差0.000443相位裕量大于2 用时域方法设计飞行器控制系统2.1 题目分析：已知系统开环传递函数可得：令= 所以开环传递函数稳态误差为所以，取 超调量 又因为=361.2 由于， 显然条件不成立。所以说一定要加入一定的性能改善环节。通过分析，要达到指定的时域性能指标，需要加入一个测速反馈

21、调节。如图1所示： 图1 测速反馈控制系统 其中，为测速反馈系数 开环传递函数 加入测速反馈后开环传递函数： 即： 闭环传递函数 2.2 超调量计算当输入为单位阶跃函数时 对上式取拉氏反变换，求得单位阶跃响应为 式中， 将阶跃响应函数对求导，并令其为零，求得 即 将上式代入阶跃响应函数，得输出量的最大值 按超调量定义式，求得 超调量 所以取=0.7 阻尼比 （） 2.3 稳态误差稳态误差 将代入式中得到 取=3161，得：k=2220.4由式可解得=0.00040675 2.4 上升时间对上式令，求得 所以上升时间<0.005 满足条件 2.5 调节时间取误差带，可得响应调节时间的表达式

22、为调节时间 满足条件综上所述，选取的测速反馈调节满足所有指定的性能指标，所以校正之后的开环传递函数为3 用频域方法设计飞行器控制系统 3.1理论分析题中要求相角裕度，可加入串联超前校正来改善系统性能。采用串联超前校正时，整个系统的开环增益要下降，因此需要提高放大器增益加以补偿，所以串联超前校正的传递函数为 式中 微分度系数（>1），叫时间常数。3.2参数计算单位斜坡输入稳态误差 K取182 开环传递函数 令 （为截止频率） 求得 相角裕度 超前网络对频率在至之间的输入信号有明显的微分作用，在该频率范围内，输出信号相角比输入信号相角超前，在最大超前角频率处，具有最大超前角，且正好处于频率和

23、的几何中心。为补偿角是用于补偿因超前校正装置的引入，使系统截止频率增大而增加的相角滞后量。未校正系统的开环对数幅频特性在截止频率处的斜率为，故取。所以有 所以最大超前角 所以a=16 根据解得 所以加入校正为： 所以加入校正后： 4 MATLAB仿真分析 4.1 阶跃响应曲线及性能指标校正后系统开环传递函数为MATLAB编程如下： k=2257.857;num=1;den=conv(1,0,0.000226 1);sys=tf(k*num,den);lsys=feedback(sys,1,-1);y,t,x=step(lsys);plot(t,y);结果如图2所示 图2 阶跃响应曲线 在MAT

24、LAB提示符后，输入ltiview，启动该图形软件。从File的下拉菜单中选中import选项选择需要仿真的系统。选择窗口中的Lsys系统，并用鼠标点击OK。在画面中点击鼠标右键，选择“Characteristics”选项，再选择“Peak Time”项可得阶跃响应曲线中的峰值时间为0.00139。在画面中点击鼠标右键，选择“Characteristics”选项，再选择“Settling Time”、“Rise Time”、“Steady State”选项可得阶跃响应曲线中的调节时间为0.00189，上升时间为0.000643,稳态值为1（稳态误差为0）。结果如图3所示： 图 3 阶跃响应曲线性能指标 4.2 MATLAB频域分析 未校正前的开环传递函数为 MATLAB编程如下： num=819000; den=1 361.2 0; sys=tf(num,den); margin(sys) 结果如图4所示： 图 4 未校正开环传递函数伯德图 校正后的开环传递函数为 MATLAB编程如下： num=1834.56 819000; den=0.00014 1.050568 361.2 0; sys=tf(num,den); margin(sys) 结果如图5所示： 图5 校正后开环传递函数伯德图经验证，校正后的系统满足：单位斜坡输入的稳态误差0