鱼雷自动控制系统第六章 侧向运动的稳定控制教学课件

1、韦微义托儿所执教：韦微义第六章 侧向运动的稳定控制教学课件第六章侧向运动的稳定与控制用根轨迹法和频率特性法对鱼雷侧向运动控制系统进行动态和稳态分析。 根轨迹绘制法则根轨迹的起点和终点：根轨迹起于开环极点、终于开环零点。根轨迹的分支数和对称性：根轨迹的分支数与开环有限零点数m和有限极点数n中的大者相等，它们是连续的并且对称于实轴。根轨迹的渐近线：当开环有限极点数n大于有限零点数m时，有n-m条根轨迹分支沿着与实轴交角为 、交点为 的一组渐近线趋向无穷远处，且有对数频率特性曲线稳定裕度幅值裕度：相角为-180度对应幅值的倒数相角裕度：180度+幅值为1时的相角鱼雷空间运动可以分解为纵向运动和侧向运

2、动，鱼雷侧向运动和横滚运动是交连在一起的，如果鱼雷有很好的横滚控制，也可以将侧向运动和横滚运动分开，单独研究鱼雷的侧向运动和单独研究鱼雷的横滚运动。鱼雷的侧向运动是指鱼雷在某一水平面内运动，典型弹道有水平直线运动、定角回旋运动。 对鱼雷侧向运动的稳定性分析包括：瞬态响应、稳态响应6-1 航向控制系统的基本原理鱼雷为受控对象，航向陀螺是一个二自由度陀螺仪，作为测量元件，用以敏感鱼雷纵轴相对于设定航向的偏离，并产生相应的控制信号us，加到舵机上，舵机推动直舵偏转，从而操纵鱼雷运动。鱼雷航向控制系统为负反馈控制系统，控制规律为式中的负号，是由于鱼雷运动角度参数的正负规定决定的。 6-2 航向控制系统

3、的动态特性一 过渡过程用时域分析法分析系统过渡过程的步骤：推导出描述系统的微分方程；对微分方程进行拉普拉斯变换；求出系统的特征方程；对方程进行拉普拉斯反变换，求出系统的时域解。根据鱼雷侧向运动的微分方程组 某大雷的运动方程过程系数为耦合对象与控制律联立将代入上式并进行整理，得将上式两边分别进行拉普拉斯变换，得特征方程为特征方程为4阶，有4个特征根，假设这4个特征根分别为 ，其中 为实根， 为共额复根，并设 ， 。将原系统进行分解后再进行拉普拉斯反变换，得二 过渡过程分析： 开环传递函数为 闭环传递函数为 由微分方程获得传递函数 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

4、态特性主要由共额复根决定，即三 稳定性分析1. 用根轨迹法分析系统的稳定性考虑舵机时间常数 开环传递函数某鱼雷的系数不考虑舵机时间常数鱼雷侧向运动开环传递函数为 某鱼雷的系数结论：a.鱼雷航向采用比例控制系统，如果不考虑舵机的时间常数，无论 如何增加，该系统都是稳定系统，并且随着 值的增加，系统的动态响应变快，但是 值不能太大。b.鱼雷航向采用比例控制系统，如果考虑舵机的时间常数，随着 值的增加，该系统由稳定系统变为不稳定系统。可以看出虽然舵机的时间常数较小，但是对系统的稳定性影响较大。由此得出结论，舵机的时间常数越小越好，一般鱼雷舵机的时间常数需小于0.05。2. 用频率特性法分析鱼雷航向运

5、动的稳定性 鱼雷航向运动的传递函数 对数幅相特性曲线截止频率： 相角稳定裕度： 经验公式：a.相对谐振峰值： b.最大超调量：c.调节时间：6-3 航向控制系统的稳态特性系统的稳态误差是由结构参数和输入信号决定的。1.画出侧向运动的结构图 线性系统可以用叠加原理，即计算输入信号 作用下的稳态误差时，可以不考虑干扰信号 的作用。 一、输入信号作用下的稳态误差2.求出系统的开环传递函数3.输入信号作用下的稳态误差计算稳态误差函数稳态误差公式式中， 为系统的类型，也就是开环传递函数中纯积分环节的个数。在本例中 。当输入信号为单位阶跃信号时，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

6、加速度信号时，即 时，结论：控制系统的稳态误差是由输入信号和系统的类型决定的。二、干扰信号作用下的稳态误差干扰信号的传递函数 干扰信号作用下的稳态误差公式当干扰信号为单位阶跃信号，即 时，当干扰信号为单位斜坡信号，即 时，当干扰信号为单位加速度信号，即 时，结论：当系统的干扰信号为单位阶跃信号时，系统存在稳态误差， ；加少系统的稳态误差，就要减小系统的开环放大倍数；如果希望消除稳态误差，就要将系统设计成二型系统。即采用比例加微分控制。6-4 横滚对鱼雷航行质量的影响制造不对称，螺旋桨失衡，都会造成鱼雷重心偏离纵轴，鱼雷作定常水平直线运动时，受到侧向力作用如图所示，所受的重力在鱼雷横轴上产生的分

7、力为 ，必然对鱼雷运动产生影响。1. 对平衡侧滑角和平衡直舵角的影响当鱼雷作水平直线运动时，平衡侧滑角 和平衡直舵角 ，但是由于鱼雷横滚引起的侧向力 必须由侧滑角和直舵角产生的力和力矩相平衡2. 对鱼雷航行方向的影响由于鱼雷运动发生横滚，鱼雷受到 侧向力的作用，鱼雷偏离原来的参考航向，偏离的距离为 ，偏离的角度为 。采用比例控制 结论:采用比例控制，横滚产生的航向偏差与平衡直舵角成正比，与传动比成反比。3. 对鱼雷回转半径的影响根据回转半径公式 鱼雷向左回转搜索和向右回转搜索的轨迹不同。4.对自导系统的影响降低自导的作用距离；降低捕捉目标的概率。6-5 横滚控制系统的特性分析鱼雷横滚运动方程 采用两种控制规律，一种为比例控制，另一种为比例加微分控制 1. 比例控制在零初始条件下进行拉普拉斯变换，整理得 系统的动态特性无阻尼自振频率： 阻尼比： 2. 微分比例控制在零初始条件下进行拉普拉斯变换，整理得 系统的动态特性无阻尼自振频率