第6章_6.7自动操舵控制系统

习 题 6

6-1 设控制系统的开环传递函数为：

ssssG1.015.0110

绘出系统的Bode图并求出相角裕量和幅值裕量。若采用传递函数为(1+0.23s)/(1+0.023s)的串联校正装置，试求校正后系统的幅值和相角裕度，并讨论校正后系统的性能有何改进。

6—2设控制系统的开环频率特性为

jjjjHjG25.01625.011

①绘出系统的Bode图，并确定系统的相角裕度和幅值裕度以及系统的稳定性；

②如引入传递函数0125.025.005.0sssGc的相位滞后校正装置，试绘出校正后系统的Bode图，并确定校正后系统的相角裕度和幅值裕度。

6 3设单位反馈系统的开环传递函数为

8210ssssG

设计一校正装置，使静态速度误差系数Kv=80，并使闭环主导极点位于s=-2±j23。

6-4设单位反馈系统的开环传递函数为

93sssKsG

①如果要求系统在单位阶跃输入作用下的超凋量σ =20％，试确定K值；

②根据所确定的K值，求出系统在单位阶跃输入下的调节时间ts。，以及静态速度误差系数；

③设计一串联校正装置，使系统Kv≥20，σ≤25％，ts减少两倍以上。

6 5 已知单位反馈系统开环传递函数为

12.011.0sssKsG

设计校正网络，使Kv≥30，γ≥40º，ωn≥2.5，Kg≥8dB。

6-6 由实验测得单位反馈二阶系统的单位阶跃响应如图6-38所示．要求

①绘制系统的方框图，并标出参数值；

②系统单位阶跃响应的超调量σ =20％，峰值时间tp=0.5s，设计适当的校正环节并画出校正后系统的方框图。

6-7设原系统的开环传递函数为

15.012.010ssssG

要求校正后系统的相角裕度γ=65º。，幅值裕度Kg=6dB。

第六章 典型飞行自动控制系统的工作原理

6.1 概述

6.1.1典型飞行自动控制系统的组成

描述飞机运动的参数有三个姿态角（、、）、两个气流角（、）、两个线位移（H、Y）与一个线速度（V）。飞行控制的作用，就是应用负反馈控制原理对上述参数的部分或全部进行控制。有时也根据需要也可控制与速度V和迎角有关的马赫数M与法向过载。实际上飞行自动控制就是按一定飞行控制律，输出三个舵偏角（e、r与a）与油门T对飞行器实现闭环控制。

典型飞行自动控制系统一般包括三个反馈回路：舵回路、稳定回路和控制（制导）回路。

舵回路通常是一个随动系统（或称为伺服系统），一般包括舵机、反馈部件和放大器，如图6.1-1所示。舵回路中的舵机作为执行机构带动舵面偏转。

图6.1-1 舵回路方框图

舵回路中有两个反馈回路：位置反馈回路，使控制信号与舵机输出信号成比例关系，速度反馈回路，增加舵回路阻尼，改善舵回路的动态性能。

如果敏感部件是测量飞机的姿态，测量敏感部件、放大计算装置与舵回路构成自动驾驶仪，自动驾驶仪和飞机构成了飞行器的稳定回路，主要起稳定和控制飞机的姿态的作用。典型的稳定回路如图6.1-2所示。 m )(1sW舵面

测速机

位置传感器 - -

图6.1-2 稳定回路

由稳定回路和飞机重心位置测量部件以与描述飞机空间几何关系的运动环节，组成更大的回路，称为控制（或称制导回路），如图6-3所示。主要起稳定和控制飞机的运动轨迹的作用。

图6.1-3 控制（或制导）回路

6.1.2 纵向控制

飞行器纵向扰动运动，一般由短周期模态运动和长周期模态运动组成。随着飞行器的速度越来越快，飞行高度越来越高，飞行包线围扩大，欲使飞行器在整个包线围满足飞行品质要求，普遍采用反馈控制技术。例如高空飞行时，飞行器的阻尼特性常常变差，短周期模态特性趋于恶化，造成操纵反应过程中超调量过大，振荡加剧，严重影响飞行任务的完成，此时，可以在纵向通道引入适当的反馈可以改善飞行品质。又如当飞行器要完成保持姿态角或等速V飞行时，即使飞行器具有良好的短周期模态时，但由于长周期模态振荡频率较低，衰减较慢，甚至是慢发散的。要实现上述任务时，要求驾驶员经常操纵舵面加以控制，并且过程很长。为了减轻驾驶员负担，精确地完成上述任务，需要抑制沉浮运动，同样可以引入适当反馈信号达到目的。如要完成定高飞行，除了使飞行具有良好短周期模态和长周期模态外，还可以引入高度反馈，完全脱离驾驶员操纵实现保持放大计算装置 舵回路 飞机

1

第6章 习题及参考解答

6-9 已知单位负反馈控制系统校正前对数幅频特性)(0L如图6-63中点画线所示，串联校正装置对数幅频特)(cL如图6-63中实线所示，要求

1）作出校正后系统开环对数幅频渐进特性)(L。

2）比较校正前、后的开环对数幅频特性)(0L和)(L，说明校正装置的作用。

习题 6-9 参考解答：

1）校正后系统开环对数幅频渐进特性)(L是)(0L和)(cL的线性叠加，如图右上图中红色实线所示。

2）校正装置的传递函数为2(1)()101csGss，为滞后校正装置。它的作用：①抬高了低频段幅值，可提高速度输入的稳态精度；②固有特性以-40dB/dec穿越0dB线，校正后的Bode图以-20dB/dec穿越0dB线，中频段变缓，平稳性变好；校正后系统Bode图的高频段幅值降低了，抗干扰能力提高；校正后系统的开环截止频率减小了，滞后校正是靠牺牲系统的快速性来换取平稳性的。

6-10 图6-64为三种校正装置的对数渐近幅频特性，它们都是由最小相位环节组成。系统为单位负反馈

系统，其开环传递函数为

02400()(0.011)Gsss

试问： 1）这些校正网络特性中，哪一种使已校正系统的稳定性最好？

2）为了将12Hz的正弦噪声削弱10倍左右，你确定采用哪种校正网络特性？

习题 6-10 参考解答：

校正装置传递函数分别是

12310.110.510.51(),(),().1010.0111010.0251cccssssGsGsGsssss。

1）a）使用滞后校正网络，校正后021400()(0.011)1().101cGGssssss

210222224001()()10.011.101cccccGjGj [-20]00.11.05.0620L(ω)dB[-20][-40][-40]图6-63 题6-9图 -20dB/dec-40dB/dec-20dB/dec00.11.05.0620L(ω)dB图6-64 题6-10图 L(ω)dB0.1110100+20dB/dec0.1110100-20dB/dec0.1110100240+20dB/decL(ω)dBL(ω)dB-20dB/dec

PR-7000-L 自动舵

第一章

综述

1．1介绍

本自动舵作为一款简便的操纵仪，具有4种操作模式：计算机辅助操纵（CPU）、手动操纵(HAND)、应急操纵（NFU）及遥控操纵(RC-1、RC-2)（可选择）；并可只通过转换MODE SELECTOR SWITCH（模式选择开关）来进行选择。另外，通过按下在MODE SELECTOR

SWICH键左边的MODE SELECTOR PUCH BUTTON SWICH（模式选择按钮）操纵CPU选择三种不同的操作模式：自动舵（AUTO）、积分舵（RATE）、自动导航（NAV:选择）

具有双重模式的自适应舵具有两套完整的系统,SYSTEM SELECTOR SWITCH(系统选择开关)有以下几档：NO.1-OFF-NO.2，当开关转至所需运行的系统位时，系统会自动进入运行状态，而当开关转到OFF档时，整个系统将停止工作。

自动舵是一套使船舶维持在预先设定的航向上航行的自动操舵控制装置，近来，对于自动舵的性能评估已从“能使船舶精确维持航向”变为“在各种情况下，最省油的操纵”。然而，船舶的操纵取决于船舶的尺度及具体的技术指标，同时也随着船舶的航速，装载情况及海况的不同而不同。因此，对于自动舵的评价没有明确的标准。

为了解决这些问题，本款自适应舵引入了性能测试功能以测定在自动舵协助的情况下，能节省的能量。

本款自适应舵有如下特性：

;控制操纵装置运用的是一套微处理器并且完全数字化；

;基本控制方式是自适应控制系统反馈模型

;根据船舶速度和装载状况的改变能迅速调整，能够在各种状态下，进行最佳的操纵。

;三种航向维持模式，可根据实际，适用于各种海况：OPEN SEA（开放水域模式）适用于只需小幅度操纵导航的情况，如在大洋上航行，为的是节省燃料的费用。CONFINED（限制模式）适用于大幅度的操纵情况，如在狭水道中航行，为的是提高航向维持的精确性。