应用MATLABSimulink设计指定构型的飞行控制律

如何在Matlab中进行运动规划与控制引言：在机器人技术和自动化领域，运动规划与控制是一个关键性的问题。

它涉及到如何设计算法和控制策略来使机器人实现特定的运动任务。

而Matlab作为一种强大的科学计算工具，为开发者提供了丰富的函数库和工具箱，使得运动规划与控制变得更加便捷和高效。

本文将介绍如何在Matlab中进行运动规划与控制，并提供一些实用的技巧和建议。

一、基本概念与原理运动规划与控制的基本概念是指通过对机器人的控制信号进行优化，使机器人能够按照既定的轨迹或目标运动。

其基本原理是在给定初始条件和运动要求的情况下，通过求解逆运动学或优化算法得到合适的控制信号，实现机器人的目标运动。

二、运动规划与逆运动学在Matlab中，可以使用Robotics System Toolbox工具箱来进行运动规划和逆运动学求解。

该工具箱提供了丰富的函数和工具，方便用户进行机器人的运动规划和控制。

1. 机器人模型的建立在进行运动规划前，需要先建立机器人的模型。

可以通过Robotics System Toolbox的机器人创建函数来快速创建机器人模型。

根据机器人的几何参数和DH 参数，可以使用以下代码创建机器人模型：```matlabrobot = robotics.RigidBodyTree;L1 = robotics.RigidBody('L1');J1 = robotics.Joint('J1', 'revolute');setFixedTransform(J1,trvec2tform([0,0,0]));J1.JointAxis = [0 0 1];L1.Joint = J1;addBody(robot, L1, 'base');```2. 运动规划运动规划的目标是确定机器人关节的轨迹或位置，使得机器人能够实现指定的运动任务。

在Matlab中，可以使用Robotics System Toolbox提供的运动规划函数来实现。

基于Matlab/Simulink的飞行器全数字仿真平台的设计摘要：针对飞行仿真的研究通常会忽略仿真模型或平台的通用性、可重性及互操作性等问题，采用对所设计仿真平台的功能进行详细划分和描述，构建总体仿真系统框架的措施来解决这些问题。

首先，在matlab环境下建立飞行器全数字仿真平台，利用该平台可以进行动力学分析、飞行控制系统设计及航迹规划等不同任务。

其次，利用matlab 提供的gui 接口实现人机交互界面的设计的设计。

所设计平台模块的划分相对独立，人机交互界面可修改飞行器的相关信息，具有较强的通用性。

关键词：matlab/simulink gui 飞行控制数字仿真仿真平台中图分类号：v274 文献标识码：a 文章编号：1674-098x（2013）02（c）-00-01飞行器可以被应用于运输、救生、对地观测、空中预警以及通讯中继，因此其在军事和民事领域中都有很大的应用前景。

因此对飞行器进行仿真分析很有必要，同时仿真也是对飞行器的动力学特性分析、控制律设计等工作的重要手段。

matlab作为一种面向科学计算、可视化以及交互式程序设计软件。

它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真集于一身，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案。

simulink是matlab提供的仿真工具，可以方便地进行动态系统建模、仿真、分析等。

该文基于matlab gui建立飞行器的全数字仿真平台。

利用该平台可以快速地进行用飞行器的全数字仿真，根据参数设置的不同进行航迹规划、实时状态参数显示和仿真结果显示等仿真工作。

1 仿真系统框架设计仿真系统可分为导航和控制模块、执行模块、飞行器动力学模块和人机交互界面模块。

其中导航控制模块又分为航迹规划模块、接受指令模块、飞行管理系统、导航系统及控制系统五个子模块，导航子模块把飞行器的状态信息传给飞行管理系统，飞行管理系统根据航迹规划的要求处理后给出模态控制信号从而控制着飞行器的飞行，执行模块由舵机模型组成。

基于Simulink的航空发动机控制律设计与仿真柳亚冰;单贵平【摘要】The computer simulation technology is widely used in the process of designing the aero-engine FADEC system. This paper proposes a digital control system design process of one turboprop engine,which is based on the computer simulation technology and the simulation platform is developed by using the Matlab/simulink software.lt started from the analyzing of the model's responses, then designs the control rules and did the simulation validation. In addition, it improves the control rules and designs the feed-forward compensation based on the result of simulation. Finally, the full digital simulation environment of aero-engine is constructed, and did the simulation of the control rules. At last, the feasibility is verified through the digital simulation, and it provides a guidance of the FADEC design.%在航空发动机数控系统设计过程中,计算机仿真技术得到了广泛应用.基于计算机仿真技术,利用Matlab/simulink软件开发数字仿真平台,在某型涡桨航空发动机数控系统方案设计过程中,进行了模型的响应分析,设计了控制规律并进行仿真验证；根据仿真结果,改进设计了前馈补偿环节,并进行了仿真验证；搭建了该型发动机的全数字仿真环境,对控制规律进行仿真验证.通过数字仿真验证了控制规律的可行性,指导了数控系统方案设计.【期刊名称】《微型电脑应用》【年(卷),期】2012(028)010【总页数】3页(P13-15)【关键词】计算机技术;航空发动机数控系统;数字仿真;Matlab/simulink【作者】柳亚冰;单贵平【作者单位】上海交通大学,上海,200030;南京航空航天大学,无锡,214063【正文语种】中文【中图分类】TP3110 引言航空发动机是个强非线性、时变、多变量系统，因其高复杂度，所以发动机的控制系统是航空发动机技术发展的一个关注热点。

MATLAB与Simulink控制系统设计技巧近年来，随着科技的发展与应用领域的不断拓展，控制系统设计成为了各个领域中不可或缺的一环。

在控制系统设计的过程中，MATLAB与Simulink成为了众多工程师和专家的首选工具。

本文将重点介绍MATLAB与Simulink控制系统设计的一些技巧与方法。

一、MATLAB在控制系统设计中的应用MATLAB是一种数学建模与仿真软件，广泛应用于控制系统的设计与调试。

在控制系统设计中，MATLAB提供了各种工具和函数，用于实现系统模型的建立、系统特性分析、控制器设计和系统性能评估。

下面将介绍几个MATLAB在控制系统设计中常用的功能。

1.1 系统模型的建立在控制系统设计中，首先需要建立系统的数学模型。

MATLAB提供了丰富的建模工具和函数，包括线性化建模、非线性建模、状态空间模型等。

通过这些功能，我们可以根据系统的物理特性和控制要求，灵活地构建系统模型。

1.2 系统特性分析MATLAB提供了许多功能，可以帮助分析系统的稳定性、响应速度、频率特性等。

例如，我们可以使用MATLAB中的系统稳定性分析工具箱，通过根据系统的传递函数或状态空间模型，计算系统的极点和传递函数零点，并评估系统的稳定性。

1.3 控制器设计在控制系统中，控制器的设计对系统性能至关重要。

MATLAB提供了自动控制系统设计工具箱，可以根据系统要求和性能指标，自动优化控制器参数。

此外，MATLAB还提供了手动调整控制器参数的功能，用于满足特定的设计要求。

1.4 系统性能评估MATLAB还提供了丰富的性能评估工具，用于评估系统的稳定性、响应速度、抗干扰性等。

通过这些工具，我们可以进行模拟实验，测试系统在不同条件下的性能表现，并根据实验结果对系统进行改进和调整。

二、Simulink在控制系统设计中的应用Simulink是MATLAB的一个重要扩展模块，用于建立复杂的动态系统模型，并进行仿真和验证。

相比于MATLAB的非连续时间处理能力，Simulink更适用于连续时间系统的建模与仿真。

matlab典型飞机的飞行控制律设计1.引言1.1 概述正文概述飞行控制律是飞机自动驾驶系统中的重要组成部分，通过设计飞行控制律可以实现对飞机的稳定性和操纵性的控制。

在过去的几十年中，随着飞机自动化技术的发展，飞行控制律设计已经成为飞机设计中不可或缺的环节。

本文旨在介绍MATLAB在典型飞机飞行控制律设计中的应用。

首先将从飞行控制律设计的原理入手，解释飞行控制律设计的基本概念和目标。

然后，将重点介绍MATLAB在飞行控制律设计中的应用，包括MATLAB 工具箱的使用和MATLAB编程的技巧。

最后，通过实验和案例分析，评估和总结飞行控制律设计的效果，并对未来的研究方向进行展望。

本文的主要目的是提供给研究者、工程师和学生一个全面了解MATLAB在飞行控制律设计中应用的指南，以及对飞行控制律设计的原理和方法有一个清晰的理解。

通过本文的学习和实践，读者可以掌握MATLAB在飞行控制律设计中的应用技能，提高自己在飞机设计和飞行控制领域的能力。

在接下来的章节中，我们将首先介绍飞行控制律设计的原理，包括传统的PID控制器和现代控制理论。

然后，我们将详细讨论MATLAB在飞行控制律设计中的应用，包括如何使用MATLAB工具箱进行控制律设计和仿真。

最后，我们将通过实验和案例，评估和分析设计结果，并对未来的研究方向进行展望。

在本文的结尾部分，我们将总结本文的主要内容并对未来的研究进行展望。

通过本文的阅读和学习，我们相信读者将能够深入了解飞行控制律设计中MATLAB的应用，并能在实际工程中灵活运用这些知识。

1.2文章结构文章结构部分主要介绍了文章的整体结构和各章节内容的概括。

这样可以帮助读者更好地理解文章的结构和组织，以便更好地阅读和理解文章的内容。

以下是关于文章结构的内容：文章结构：本文主要分为引言部分、正文部分和结论部分三个主要部分。

引言部分：引言部分首先对文章的主题进行概述，简要介绍了MATLAB飞行控制律设计的研究背景和意义，并阐述了文章的目的和重要性。

一、简介MATLAB（Matrix Laboratory）是一种用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境。

MATLAB被广泛应用于科学和工程领域，特别是在控制系统设计和模拟方面具有重要的作用。

在控制方面，MATLAB提供了丰富的工具和函数，可用于设计、分析和实现各种类型的控制系统，并且提供了许多示例来帮助用户更好地理解控制系统。

二、控制系统的建模和仿真1. 实例一：DC电机控制假设我们希望设计一个用于控制直流电机的系统。

我们可以使用MATLAB来建立直流电机的数学模型，并使用Simulink进行仿真。

通过编写方程或使用Simulink的模块化建模工具，我们可以描述电机的动态行为和控制器的工作原理，从而获得一个完整的控制系统模型。

我们可以通过仿真来评估不同的控制策略，优化系统性能，并进行实验验证。

2. 实例二：PID控制器设计在控制系统中，PID（Proportional-Integral-Derivative）控制器是一种常用的控制器类型。

使用MATLAB中的Control System Toolbox，我们可以设计和调试PID控制器。

我们可以通过输入系统的传递函数或状态空间模型来创建控制系统对象。

可以利用Control System Toolbox提供的自动调整功能，根据系统的要求和性能指标，自动调整PID控制器的参数来实现系统稳定和性能优化。

三、控制系统分析和优化1. 实例三：系统频域分析在设计控制系统时，频域分析是一种重要的方法。

MATLAB提供了许多函数和工具，可用于进行频域分析。

我们可以使用bode函数来绘制系统的频率响应曲线，了解系统的增益和相位裕度，并进行稳定性分析。

MATLAB还提供了工具来进行奈奎斯特图和极点分析等分析方法，帮助用户更好地理解系统的动态特性。

2. 实例四：多目标优化在实际控制系统设计中，通常需要同时满足多个设计指标，例如稳定性、快速响应和抑制干扰等。

基于 M a t l a b / S i m u l i n k 的旋翼飞机高度复合控制系统仿真Based on the the M atlab / S imulink rotorcraft highly complex control system simulation学生姓名：李凌飞专业班级：电气工程及其自动化3班完成日期：2012年4月28日摘要MATLAB语言在控制系统仿真与分析方面具有众多优点。

具有完备的图形处理功能,实现计算结果和编程的可视化；友好的用户界面及接近数学表达式的自然化语言；高效的数值计算及符号计算功能，能使用户从繁杂的数学运算分析中解脱出来；功能丰富的应用工具箱(如信号处理工具箱、通信工具箱等) ,为用户提供了大量方便实用的处理工具。

本论文采用了 Matlab/Simulink 仿真软件对旋翼飞机高度控制系统进行了常规 PID 控制器与引入前置滤波器相结合的复合控制仿真设计，设计方案不断改进。

实践表明, M A T L A B 软件是研究和分析控制系统的一个有效手段。

仿真结果表明，前置滤波结合PID 控制器可以明显改善高阶系统性能。

最后的设计方案，其动基于M a t l a b / S i m u l i n k 的旋翼飞机高度复合控制系统仿真态性能与控制精度都非常令人满意，已大大优于文献［1 ］。

关键词：Matlab/Simulink；仿真；旋翼飞机；PID 控制器；前置滤波器AbstractThe computer language of MA TLAB has many merits on simulation and an a lysis of control system．With complete graphics, visualization of calculation results and programming; friendly user interface and close to the mathematical expression of the naturalization language;efficient numerical computation and symbolic computation capabilities, enabling usersfrom complicated math analysisfreed; feature-rich application toolkit (such as the signal Processing Toolbox, Communications Toolbox, etc.), to provide users with a convenient and practical processing tools.Using Matlab / Simulink simulation software rotorcraft The control system simulation design, a combination of conventional PID controller and the introduction of the pre-filter composite control design is continuous improvement.the analysis of the system with the PID control law is given.Simulation results show that the pre-filter combined with a PID controller can significantly improve the high-end system performance. The final design, the dynamic the rotorcraft highly complex control system simulation state performance-based M atlab / S imulink and control precision are very satisfactory, is much better than [1].Keyword：Matlab / Simulink.; Simulation; rotorcraft; PID controller; prefilter目录摘要 (2)Abstract (3)1绪言1.1序言 (6)1.2选题背景与意义 (6)2基本原理知识2.1旋翼飞机的工作原理 (7)2.2PID控制器 (7)2.3滤波器 (8)3论文基本原理分析3.1滤波器前后的性能指标 (8)3.2旋翼飞机高度复合控制系统引入前置滤波器前后的性能指标 (9)3.3重新设计PID 控制器的Matlab/Simulink仿真设计方法 (10)3.4改进的引入前置滤波的PID 控制器的Matlab/Simulink 仿真设计方法........ ..114结果分析与结论4.1实验材料装置和模型 (16)4.2 在Matlab/Simulink 模块下采用PID控制器对系统进行优化设计并与原方法比较 (17)5 结束语 (24)致谢 (24)参考文献 (25)附录 (26)1 绪论MatLab是Mathworks公司推出的一种以矩阵为基本编程单元的程序语言。