飞行器控制系统设计.doc

课程设计任务书
学生姓名: 李攀专业班级: 自动化0804
指导教师: 谭思云工作单位: 自动化学院
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:
控制系统性能指标为调节时间,单位斜坡输入的稳态误差,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)
设计一个控制器,使系统满足上述性能指标;
画出系统在校正前后的奈奎斯特曲线和波特图;
用Matlab画出上述每种情况的阶跃响应曲线,并根据曲线分析系统的动态性能指标;
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:
课程设计任务书的布置,讲解(一天)
根据任务书的要求进行设计构思。(一天)
熟悉MATLAB中的相关工具(一天)
系统设计与仿真分析。(四天)
撰写说明书。(两天)
课程设计答辩(一天)
指导教师签名: 年月日
系主任(或责任教师)签名: 年月日
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
目录
1串联之后—超前校正的原理 4
2飞行器控制系统的设计过程 4
5
5
5
6
8
9
11
12
13
3设计总结与心得体会 15
参考文献 16
飞行器控制系统设计
1串联之后—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,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。
(4)过点作斜率为-20db/,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,即时与原伯特图重合这样可以保证稳态误差值合乎要求。过点作斜率为-20db/dec的直线随着w增大直到时斜率变为-40db/dec,选取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。
2飞行器控制系统的设计过程

飞行器控制系统的开环传递函数为

控制系统性能指标为调节时间≤,单位斜坡输入的稳态误差,相角裕度大于85度。
根据单位斜坡输入的稳态误差,可以得出



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=815350;
den=[1,,0]; %校正前系统参数
bode(num,den); %绘制伯特图
grid;