鱼雷自动控制系统第二版教学设计 (2)

鱼雷自导信号与信息处理课程设计一、课程设计背景与意义随着现代军事技术的发展，鱼雷作为一种重要的水下攻击武器，被广泛应用于海军中。

鱼雷的自导系统是鱼雷攻击的关键，而鱼雷自导信号和信息处理是实现自导系统的核心技术。

因此，对于鱼雷自导信号和信息处理的研究与实践具有重要的现实意义和远景应用。

本课程设计的目的是基于鱼雷自导信号的原理和特点，通过对鱼雷自导信号的分析和处理，实现对鱼雷目标的描述、跟踪和攻击，进而深入探讨鱼雷自导技术的应用和发展。

二、课程设计内容1. 鱼雷自导信号的特点和分析通过对鱼雷自导信号的理论分析和仿真实验，了解其发射特点、传播过程、接收机制等。

并讨论如何通过自检、预处理等方式，对鱼雷自导信号进行有效地捕获、处理和提取，以实现对鱼雷攻击目标的跟踪、描述和识别。

2. 鱼雷自导信息处理的优化和实现根据鱼雷自导信号的特点和需求，建立合适的信息处理模型和方法，包括信号预处理、信噪比分析、跟踪算法、目标识别算法等。

通过MATLAB等编程软件，模拟和实现鱼雷自导信息处理的优化和提高。

3. 鱼雷攻击的实现与仿真基于鱼雷自导信息处理的结果，实现对鱼雷目标的准确定位和实时追踪，并探讨如何应用鱼雷自导技术进行攻击。

通过搭建虚拟仿真环境，模拟鱼雷攻击过程，验证鱼雷自导技术的可行性和效果。

三、课程设计目标与评估标准1. 课程设计目标•理解鱼雷自导信号的特点和传播原理•掌握鱼雷自导信号的捕获、分析和提取技术•建立鱼雷自导信号的信号处理模型和方法•掌握目标跟踪和识别的算法和实现技术•实现鱼雷攻击的模拟仿真和效果展示2. 课程设计评估标准•课程设计报告的完整性和规范性•课程设计方案的创新性和可行性•鱼雷自导信号分析和处理的精度和效率•鱼雷攻击的模拟仿真的准确性和真实性•实验结果的科学性和可重复性四、课程设计阶段和时间安排1. 阶段一：题目确定（1周）确定课程设计题目，并初步了解鱼雷自导信号与信息处理的基本概念和技术。

自动控制系统第二版课后答案第一章答案1.什么是自动控制系统？–自动控制系统是由输入部分、输出部分和控制部分组成的一种系统。

输入部分接受所要控制的对象的相关信息，输出部分根据输入信息和控制部分的指令对控制对象进行控制。

2.简述自动控制系统的几个重要特点。

–自动控制系统具有稳定性、准确性、快速性和适应性等特点。

稳定性指系统的输出变化幅度有限；准确性指输出与期望值接近；快速性指系统的动态响应能快速完成任务；适应性指系统能够对不同工况及扰动具有一定的抵抗能力。

3.什么是反馈控制系统？–反馈控制系统是一种通过对系统输出与期望值的比较，根据比较结果进行调节，实现系统稳定工作的方式。

它通过将输出信号进行反馈，与输入信号相结合，再经过控制部分的处理，对控制对象进行操作。

4.自动控制系统的主要组成部分有哪些？–自动控制系统主要由控制对象、执行部件、传感器、执行器、控制器和外部输入信号等组成。

控制对象是自动控制系统需要对其进行控制的对象；执行部件是实现控制器指令的机械或电子装置；传感器负责将控制对象的信息转换为电信号；执行器是根据控制器的指令对控制对象进行操作的装置；控制器主要是根据输入信号和控制算法产生输出指令的部分；外部输入信号是指系统工作过程中输入的干扰。

5.解释控制过程中的负反馈作用。

–控制过程中的负反馈作用主要是通过比较控制系统的输出信号与期望值，将比较结果作为参考，对控制器进行调节，使输出信号逼近期望值，从而实现控制对象的稳定工作。

6.什么是开环控制系统？–开环控制系统是一种只根据输入信号进行控制的系统，无法通过对输出信号进行反馈来调节控制过程的系统。

第二章答案1.什么是传递函数？–传递函数是描述系统输入与输出之间关系的数学模型。

它是系统输出和输入的比值，通常用符号G(s)表示。

2.传递函数有哪些常见形式？–传递函数的常见形式有分式形式、差分形式和积分形式等。

3.简述串联结构和并联结构。

–串联结构是将多个系统按照输入—输出依次链接起来，形成一个整体的控制系统。

鱼雷自动控制系统试卷1一、概念题（每小题5分；共30） 1、鱼雷弹道的袋形深度 2、小扰动线性化 3、自由角 4、横舵管制 5、半实物仿真实验 6、捷联式惯导系统二、简答题（每小题6分，共30分）1、对没有横滚控制的鱼雷，试述鱼雷总统设计时重心侧移和重心下移的作用。

2、为了减小回旋横滚，往往将直鳍舵设计成什么样子？解释这种设计对回旋横滚的作用。

3、绘制鱼雷自动控制系统原理框图。

4、铰链力矩指什么？有什么作用？5、简述回旋运动对深度误差的影响。

三、控制系统的状态方程为（20分）⎪⎩⎪⎨⎧=+=•CXY bUAX X 其中，⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡--=1210061000A ⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡=001b ⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=321x x x X []001=C试用极点配置方法，确定反馈增益矩阵[]321k k k K =，使闭环系统的特征值为2*1-=λ，j +-=1*2λ，j --=1*3λ 四、鱼雷横滚控制系统如下图所示：（20分）图中，鱼雷横滚控制系统的开环传递函数为])[()1()(0441212001v A s J s s k v A k s G mx x mx ωδδλ+++= 试用渐近稳定频域判据,求该非线性系统的渐近稳定条件。

答案一、概念题（每小题5分；共30）1、答：指鱼雷发射后的航行过程中跳离水面的现象。

一般是不允许鱼雷跳水的，因为跳水不仅破坏了鱼雷的隐蔽性，而且也会影响某些部件工作可靠性。

2、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。

3、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。

4、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。

5、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装置于计算机连接起来。

一 1、鱼雷自动控制系统的发展过程及趋势鱼雷控制系统的发展过程：机械------气动式：惯性深控装置，靠水压板和摆锤的机械运动操纵舵面偏转电子式鱼雷深度控制系统：电深控装置（自动驾驶仪），通过电信号的处理输出操舵信号 计算机控制系统：计算机采集敏感元件输出的模拟、数字信号，计算后输出操舵信号趋势在高性能计算机、惯性导航系统、智能自导系统、现代控制理论等技术的支持下，鱼雷自动控制系将向着信息化、综合化、智能化、高精度方向发展。

2、鱼雷控制系统的组成与基本原理一般的自动控制系统由被控对象、传感器（敏感元件）、控制器、执行机构组成鱼雷自动控制系统主要由自动控制装置（自动驾驶仪）和被控对象（鱼雷）组成（放大） （舵机） 运动参数设定/导引指令------信息处理器-------伺服机构--------舵面----------雷体------。

------。

。

敏感元件。

工作原理：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比较，但鱼雷偏离基本的战术基准弹道时，即产生偏差信号，经信息处理器综合放大后，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。

当鱼雷到达战术要求的航行状态时，控制信号为零，舵面回到平衡状态，鱼雷按所要求的弹道航行。

二、1、鱼雷的姿态角（欧拉角）βαϕψθ侧滑角、流体动力角、攻角倾斜角弹道偏角弹道倾角向、鱼雷重心的瞬时运动方横滚角偏航角俯仰角32ΦψΘ2.此式说明鱼雷流体动力和力矩由以下几个部分组成（1）第一项R0(v)和M0(v)表示当w=v 点=w 点=0时，由瞬时速度v 所引起的流体动力和力矩，称为定常平移力或位置力。

这一项是流体动力和力矩的主要部分。

（2）第二项是由瞬时角速度w 所引起的附加流体动力和力矩称为定常旋转力或阻尼力这一部分流体动力和力矩是瞬时角速度w 的线性函数。

（3）第三项和第四项是由瞬时加速度v 点和瞬时角加速度w 点所引起的附加流体动力和力矩，称为非定常力或惯性力。

第一章1 鱼雷：是一种自动推进并按预定的航向和深度航行，自动导向目标且在命中目标时能自动爆炸的水中兵器。

2 鱼雷武器的特点：鱼雷武器的进攻性强、鱼雷武器的隐蔽性好、鱼雷武器的破坏威力大、鱼雷武器战斗使用广泛3 鱼雷的种类繁多，试按照动力装置、直径、制导方式对其分类。

按动力装置分为：热动力鱼雷和电动力鱼雷按直径分为：重型鱼雷（直径为533mm或大于533mm）和轻型鱼雷(直径为324mm或小于324mm)，重型鱼雷的装药量一般在200kg以上，可用于睡眠舰艇获潜艇；轻型鱼雷的装药量一般小于100kg，主要用于反潜。

按制导方式分为：直航鱼雷、自导鱼雷、线导鱼雷等按攻击对象分为：反舰鱼雷、反潜鱼雷按运载工具分为：舰用、潜用、空投、火箭助飞鱼雷4 鱼雷的基本系统包括：战斗部、动力推进系统、制导系统、总体结构等。

各部分的作用：总体结构：把各个部分进行合理布置和联接，以组成鱼雷整体，并使其具有良好的总体性能战雷段：对目标起直接破坏作用动力推进系统：决定鱼雷的航程和速度制导系统：导引和控制鱼雷能准确地命中目标，可分为三种基本类型：自控系统、自导系统、线导系统5简述鱼雷在海战中的作用1）是反潜的主要武器由于潜艇战斗性能的改进和它在海上战斗行动中作用的增大，反潜战成为各国海军非常突出的问题，将是一项极为艰巨的任务。

2）用于攻击水面战舰及反航母航母和大中型水面舰艇及编队具有较强的对空，对海防御能力，采用潜艇携带鱼雷隐蔽攻击，远距离突袭是反航母及打击大中型水面舰艇的有效方法和战术。

3）破坏海上运输航线潜艇具有较长时间的海上独立活动能力，携带鱼雷武器，能在水下隐蔽，突然准确地给予运输船只以威力巨大的打击。

航空兵也可在远距离外用鱼雷快速突击。

4）袭击水下设施鱼雷可以用来破坏敌人的港口、码头、船坞、水闸和其他水下工程，以及各种水下障碍，有使用方便、破坏效果彻底等特点。

6 鱼雷已经历经了一个多世纪的发展，请对第一枚鱼雷、第一枚热动力雷、第一枚电动力雷和第一枚声自导雷的诞生做一介绍。

鱼雷自动控制系统实验指导书杨惠珍张福斌编西北工业大学航海学院前言“鱼雷自动控制系统”是西北工业大学航海学院自动化专业的特色专业课，其实用性和工程性很强。

实验教学是该课程教学的重要环节之一，通过实验教学激发学生的学习兴趣，激励学习积极性，培养学生的创造性。

根据这一原则，我们为“鱼雷自动控制系统”课程设置了四个实验，其中基础实验2个，综合实验2个。

通过鱼雷控制系统的分析与设计基础实验，使学生理解和掌握课堂理论教学的内容；通过半实物仿真试验，使学生了解鱼雷控制系统工程研制的手段和方法；通过驾驶仪控制率及程序设计实验，培养主观能动性，启发学生的创新精神和意识。

该实验指导书概述了实验的目的、原理、步骤和实验报告要求。

学生在实验前应根据指导书所述实验内容，掌握和了解鱼雷自动控制系统和自动控制理论等相关知识，掌握MATLAB软件和C语言的基本编程技术。

实验过程中，注意观察和提问。

实验报告一般包括实验名称、实验目的、方案设计、数据分析和结果讨论等内容，反映了学生对知识的理解和应用能力，是成绩考核的重要依据。

实验一 鱼雷深度控制系统分析一、实验目的（1）了解鱼雷深度控制系统的基本组成和基本原理。

（2）掌握具有俯仰角信号的鱼雷深控系统原理，了解控制参数y c 和c θ对系统稳定性的影响。

二、实验原理鱼雷深度控制系统是由鱼雷、设定装置、测量与反馈装置、校正装置、横舵伺服机构等组成的闭环反馈控制系统，其作用是保证鱼雷在发射以后或航行过程中，能自动达到战术所要求的航行深度，并能克服各种干扰保证鱼雷在所要求的深度上稳定航行，或者操纵鱼雷按照预先设定的程序或自导指令自动变换航行深度。

图1所示是一种俯仰角、深度双闭环鱼雷深度控制系统。

图1 双环控制的深控系统原理结构图其中，θc 为纵倾调节系数，y c 为深度调节系数，105.01)(+=s s G δ，)112.0)(122.1(133.00.4)(+++=s s s s s G θ， )133.0()106.0)(121.0(41.0)('++-+=s s s s s G y 。

鱼雷控制系统计算机辅助分析设计与仿真课程设计简介鱼雷控制系统是一种用于海上军事作战的重要装备。

为了能够更好地研究和设计鱼雷控制系统，需要使用现代计算机技术来进行辅助分析和仿真。

本课程设计旨在提供计算机辅助分析设计与仿真的基础知识和技能，帮助学生更好地掌握鱼雷控制系统的设计与开发。

课程安排本课程设计将分为以下几个部分：第一部分：理论知识介绍（预计时间：2周）本部分将介绍课程设计所需要的理论知识。

具体内容包括： - 鱼雷控制系统的基本原理 - 现代计算机技术在鱼雷控制系统中的应用 - 计算机辅助分析设计与仿真的基本概念和方法第二部分：软件使用技能训练（预计时间：4周）本部分将介绍鱼雷控制系统的仿真软件，并通过实际操作，让学生掌握软件的使用技能。

具体内容包括： - 仿真软件的安装和配置 - 仿真软件的基本功能和操作方法 - 鱼雷控制系统仿真场景的设定和调整第三部分：鱼雷控制系统仿真设计（预计时间：4周）本部分将要求学生根据指定的仿真场景，使用仿真软件完成鱼雷控制系统的设计。

具体内容包括： - 仿真场景的设定和要求 - 鱼雷控制系统的设计和调整 - 仿真结果的分析和报告撰写第四部分：课程总结与展望（预计时间：1周）本部分将对本课程设计进行总结，并展望计算机辅助分析设计与仿真在鱼雷控制系统研究领域的未来发展方向。

学习方法学生可以通过以下方式获得本课程设计的学习资料和支持： - 在线课程：本课程设计的学习资料将以在线课程的形式提供，学生可以通过网络随时随地进行学习。

- 项目文档：本课程设计的项目文档将提供详细的指导和要求，学生可以根据文档进行实践和操作。

- 讨论区支持：本课程设计将设立讨论区，学生可以在讨论区与老师和同学进行交流和讨论，获得支持和帮助。

参考资料•蔡健祥.现代控制原理与应用[M].北京:高等教育出版社,2003.•杨永华. Matlab在控制系统设计中的应用[M]. 北京: 科学出版社, 2006.•任合忠, 江女.军事仿真及其应用[M]. 北京: 国防工业出版社, 2005.结语本课程设计将以计算机辅助分析设计与仿真为核心内容，通过理论介绍、实践操作和课程总结等环节，帮助学生更好地掌握鱼雷控制系统的设计和开发过程。