飞行器控制系统_课程设计

武汉理工大学《自动控制原理》课程设计说明书 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：

)2.361(4500)(ssKsG

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80 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） 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 武汉理工大学《自动控制原理》课程设计说明书 2 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 MATLAB 武汉理工大学《自动控制原理》课程设计说明书

3 Abstract：According 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 designed 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 after 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 武汉理工大学《自动控制原理》课程设计说明书

4 目 录 1设计要求·················································1

1.1初始条件··············································1 1.2设计任务··············································1 2 用时域方法设计系统控制器·····························1

2.1题目分析··············································1 2.2超调量计算············································2 2.3稳态误差··············································3 2.4上升时间··············································3 2.5调节时间··············································4 3 用频域方法设计系统控制器 ····························4

3.1理论分析··············································4 3.2参数计算··············································4 4 MATLAB仿真分析······································5

4.1 阶跃响应曲线及性能指标·································5 4.2 MATLAB频域分析········································7 5 心得体会···················································10

参考文献 武汉理工大学《自动控制原理》课程设计说明书

1 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：

)2.361(4500)(ssKsG

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80

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2n

= 4500k

所以开环传递函数2()(361.2)nGsss

稳态误差为201361.20.000443lim()nsessSGsn2= 所以，取182k 超调量 5.012πe 69.0

又因为2n=361.2 ① 由于0.69，181.6k 显然条件①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，武汉理工大学《自动控制原理》课程设计说明书 2 需要加入一个测速反馈调节。如图1所示：

)(sR )(sE )(sC

 

图1 测速反馈控制系统 其中kn45002，tk为测速反馈系数

开环传递函数2()(361.2)nGsss 加入测速反馈后开环传递函数： ]1)2/([12)(2•nnntnKssKsG



即：skssGntnn)2()(222 闭环传递函数222()(361.2)ntnnssKs

2.2 超调量计算 当输入为单位阶跃函数时

ssssCnntn12)(222•



2222)()(1)(dntntdntntsssssC



对上式取拉氏反变换，求得单位阶跃响应为 ]sin1[cos1)(2ttethdttdtnt

sKt

)2(2nnss 武汉理工大学《自动控制原理》课程设计说明书

3 )sin(111)(2tethnt

tnt

式中，21tnd

t

arccos

将阶跃响应函数)(th对t求导，并令其为零，求得

ttpdt21)tan( 即 dpt 将上式代入阶跃响应函数，得输出量的最大值 )sin(111)(212ttethtp

按超调量定义式，求得 %100%21tte

超调量 5.012πe 69.0t

所以取t=0.7 阻尼比12ttnk （361.22*n） ② 2.3 稳态误差 稳态误差2

0(361.2)10.000443lim()tnnsKessSGs

tn2= ③

将0.7t代入③式中得到3160.3n 取n=3161，得：k=2220.4由式② 可解得tk=0.00040675 2.4 上升时间 对上式令1)(rth，求得 0)sin(112rdttternt