《自动控制原理》课程设计_飞行器控制系统设计__122069768.docVIP

目 录 1飞行器控制系统的设计过程 1 1.1飞行器控制系统的性能指标 1 1.2参数分析 1 2系统校正前的稳定情况 3 2.1校正前系统的伯特图 3 2.2校正前系统的奈奎斯特曲线 3 2.3校正前系统的单位阶跃响应曲线 5 2.4校正前系统的相关参数 5 2.4.1 上升时间 6 2.4.2超调时间 7 2.4.3超调量 7 2.4.4 调节时间 7 3校正系统 8 3.1校正系统的选择及其分析 8 3.2验证已校正系统的性能指标 10 4系统校正前后的性能比较 13 4.1校正前后的波特图 13 4.2校正前后的奈奎斯特曲线 14 4.3校正前后的单位阶跃响应曲线 15 5设计总结与心得 17 参考文献 18 飞行器控制系统设计 1飞行器控制系统的设计过程 1.1飞行器控制系统的性能指标 飞行器控制系统的开环传递函数 控制系统性能指标为调节时间，单位斜坡输入的稳态误差，相角裕度大于85度。 1.2参数分析 由系统开环传递函数可以求得： 令 = 所以开环传递函数: 稳态误差为: 可得，。 所以，取。 开环传递函数 稳态误差 可得： 又因为 =361.2 比较可知，不满足题意，因此要加入一定的性能改善环节。 2系统校正前的稳定情况 2.1校正前系统的伯特图 根据校正前的飞行器控制系统的开环传递函数，在MATLAB中绘制出校正前的波特图，如图2-1所示。 绘制校正前伯特图的MATLAB源程序如下： num=693000; den=[1,361.2,0]; %校正前系统参数 bode(num,den); %绘制伯特图 grid; 2.2校正前系统的奈奎斯特曲线 根据校正前的飞行器控制系统的开环传递函数，在MATLAB中绘制出校正前的奈奎斯特曲线，如图2-2所示： num=693000; den=[1,361.2,0]; %校正前系统参数 nyquist(num,den) %绘制奈奎斯特曲线 图2-1校正前系统的伯特图 图2-2校正前系统的奈奎斯特曲线 2.3校正前系统的单位阶跃响应曲线 校正前系统的单位反馈闭环传递函数为 用MATLAB绘制系统校正前的的单位阶跃响应曲线如图1-3所示。MATLAB源程序如下所示: num=693000; den=[1,361.2, 693000]; %校正前系统参数 step(num,den) %绘制阶跃响应曲线 图2- 3校正前的单位阶跃响应曲线 2.4校正前系统的相关参数 根据校正前的飞行器控制系统的开环传递函数，利用MATLAB寻找出校正前系统的相角裕度和增益裕度： num=693000; den=[1,361.2,0]; %系统校正前的参数 [mag,phase,w]=bode(num,den) [gm,pm,wcg,wcp]=margin(mag,phase,w) %求系统校正前的稳定裕度 运行后，可得出相角裕度pm=24.5°，截止频率wcp=794rad/s。 及 所以,未校正系统是不稳定的。 2.4.1 上升时间 当输入为单位阶跃函数时， (1) (2) 对上式取拉氏反变换，求得单位阶跃响应为 (3) 式中， 因为上升时间，且是第一次到达的时间，所以 则上升时间为 (4) 将，代到式中，得。 2.4.2超调时间 将阶跃响应函数h(t)对t求导，并令其为零，求得 即 (5) 计算得 2.4.3超调量 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 (6) 超调量 2.4.4 调节时间 取5%误差值，可得响应调节时间的表达式为 调节时间 比较可知，不满足题意，因此要加入一定的性能改善环节。 3校正系统 3.1校正系统的选择及其分析 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 由此可得，若采用超前校正，需补偿超前角为 显然一级串联超前网络不能达到要求。 首先，考虑采用串联超前校正。