飞行器控制系统设计
- 格式：pdf
- 大小：500.83 KB
- 文档页数：18
初始条件：飞行器控制系统的开环传递函数为：
)2.361(4500)(ssKsG
控制系统性能指标为调节时间s01.0，单位斜坡输入的稳态误差0005.0，
相角裕度大于85度。
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）设计一个控制器，使系统满足上述性能指标；（2）画出系统在校正前后的奈奎斯特曲线和波特图；（3）用Matlab绘制上述每种情况的单位阶跃响应曲线和单位斜坡响应曲线，并根据曲线分析系统的动态性能指标；（4）对上述任务写出完整的课程设计说明书，说明书中必须写清楚分析计算的过程，给出响应曲线，并包含Matlab源程序或Simulink仿真模型，说明书的格式按照教务处标准书写。时间安排：任务时间（天）指导老师下达任务书，审题、查阅相关资料2分析、计算2编写程序1撰写报告2论文答辩1
指导教师签名：年月
系主任（或责任教师）签名：月日
目录
摘要......................................................................................................................11串联滞后—超前校正的原理.............................................................................22飞行器控制系统的设计过程.............................................................................3
2.1飞行器控制系统的性能指标..................................................................3
2.2系统校正前的稳定情况..........................................................................3
2.2.1校正前系统的博得图...................................................................3
2.2.2校正前系统的奈奎斯特曲线.......................................................4
2.2.3校正前系统的单位阶跃响应曲线...............................................5
2.2.4校正前系统的单位斜坡响应曲线...............................................6
2.3飞行器控制系统的串联滞后—超前校正..............................................7
2.3.1确定校正网络的相关参数...........................................................7
2.3.2验证已校正系统的性能指标.......................................................8
2.4系统校正前后的性能比较....................................................................11
2.4.1校正前后的伯特图.....................................................................11
2.4.2校正前后的奈奎斯特曲线.........................................................12
2.4.3校正前后的单位阶跃响应曲线.................................................13
3设计总结与心得体会.......................................................................................15
参考文献..............................................................................................................16《自动控制原理》课程设计说明书
1摘要
根据被控对象及给定的技术指标要求，设计自动控制系统，既要保证所设计
的系统有良好的性能，满足给定技术指标的要求，还有考虑方案的可靠性和经济
性。本说明书介绍了在给定的技术指标下，对飞行器控制系统的设计。为了达到
给定要求，主要采用了串联之后—超前校正。
在对系统进行校正的时候，采用了基于波特图的串联之后—超前校正，对系
统校正前后的性能作了分析和比较，并用MATLAB进行了绘图和仿真。对已校正
系统的高频特性有要求时，采用频域法校正较其他方法更为方便。
关键词：飞行器控制系统校正MATLAB《自动控制原理》课程设计说明书
21串联滞后—超前校正的原理
如果系统设计要求满足的性能指标属频域特征量，则通常采用频域校正方法。
在开环系统对数频率特性基础上，以满足稳态误差、开环系统截止频率和相角裕
度等要求为出发点，进行串联校正的方法。
在伯德图上虽然不能严格定量的给出系统的动态性能，但却能方便地根据频
域指标确定校正装置的形式和参数，特别是对已校正系统的高频特性有要求时，
采用频域法校正其他方法更方便。
串联滞后—超前校正兼有滞后校正和超前校正的优点，当待校正系统不稳定，
且要求校正后系统的响应速度相角裕度和稳态精度要求较高时，应采用串联滞
后—超前校正。其基本原理是利用滞后—超前网络的超前部分来增大系统的相角
裕度，同时利用之后部分来改善系统的稳态性能。串联滞后—超前校正的设计步
骤如下:(1)根据稳态性能要求确定开环增益K。
(2)绘制待校正系统的对数幅频特性曲线，求出待校正系统的截止频率c，
相角裕度γ及幅值裕度h(dB)。(3)根据时域与频域的关系，按要求指标求出校正后截止频率''c。(4)过''c点作斜率为-20db/dec的直线向左延伸至0.1''c时，斜率变为-40db/dec与未校正前的伯特图相交于点w，然后斜率再转为-20db/dec，即1w
时与原伯特图重合这样可以保证稳态误差值合乎要求。过''c点作斜率为-20db/dec的直线随着w增大直到2时斜率变为-40db/dec，选取2要考虑相角裕
度满足要求。即可作出校正后的伯特图。(5)根据上面的可以写出校正传递函数。
(6)校验已校正系统的各项性能指标。
根据滞后超前校正的原理和步骤，可以在纯超前校正及纯滞后校正都不宜采
用时，对系统进行串联滞后—超前校正。《自动控制原理》课程设计说明书
32飞行器控制系统的设计过程
2.1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为
)2.361(4000)(ssKsG
控制系统性能指标为调节时间st≤0.001s，单位斜坡输入的稳态误差
005.00ess，相角裕度大于85度。
根据单位斜坡输入的稳态误差005.00ess，可以得出
sseK12.3614000)s(sGlimK0s
202K
2.2系统校正前的稳定情况2.2.1校正前系统的博得图
根据原有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=815340;
den=[1,361.2,0];%校正前系统参数
bode(num,den);%绘制伯特图
grid;《自动控制原理》课程设计说明书
4图1系统校正前的伯特图2.2.2校正前系统的奈奎斯特曲线
根据原有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，num=815340;
den=[1,361.2,0];%校正前系统参数
nyquist(num,den)%绘制奈奎斯特曲线《自动控制原理》课程设计说明书
5图2系统校正前的奈奎斯特曲线2.2.3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
8153402.361815340)()(2sssRsC
用MATLAB绘制系统校正前的的单位阶跃响应曲线如图3所示。MATLAB
源程序如下所示:num=815340;
den=[1,361.2,815340];%校正前系统参数
step(num,den)%绘制阶跃响应曲线《自动控制原理》课程设计说明书
6图3系统校正前的单位阶跃响应曲线2.2.4校正前系统的单位斜坡响应曲线按校正前系统的单位反馈闭环传递函数为
8153402.361815340)()(2sssRsC
用MATLAB绘制系统校正前的单位阶跃响应，如图4所示。
绘制校正前单位阶跃响应的MATLAB源程序如下：sys=tf([815340],[1361.2815340]);
t=0:0.01:5;
u=t;
lsim(sys,u,t)《自动控制原理》课程设计说明书
7图4系统校正前的单位阶跃响应曲线2.3飞行器控制系统的串联滞后—超前校正2.3.1确定校正网络的相关参数
num=815340;
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，得出相角裕度pm=22.7°，截止频率wcp=867rad/s。由此可得，若
采用超前校正，需补偿超前角m为
603.6857.22860m显然一级串联超前网络不能达到要求。又由于要求校正后系统的响应速度、
相角裕度要求较高，所以采用串联滞后—超前校正。由高阶系统频域指标与时域的关系，有如下的公式
csKt0
20)1(5.2)1(5.12rrMMK
