【正文】 ：1. 對(duì)飛機(jī)速度控制系統(tǒng)建模。2. 從時(shí)域的角度分析了系統(tǒng)的性能指標(biāo)。建立模型之后，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了開(kāi)環(huán)和閉環(huán)的研究，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)雖然穩(wěn)定，但是動(dòng)態(tài)特性和靜態(tài)特性都不能滿足要求，所以要設(shè)計(jì)控制器進(jìn)行控制。5. 根軌跡法對(duì)系統(tǒng)的控制器參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。2模擬飛機(jī)速度控制系統(tǒng)的工作原理與數(shù)學(xué)模型 模擬飛機(jī)速度控制系統(tǒng)工作原理 飛機(jī)速度控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介對(duì)于飛機(jī)的飛控系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，可以分為兩個(gè)大類，其中第一種是人工飛行控制系統(tǒng)，另一種是自動(dòng)飛行控制系統(tǒng)。飛控系統(tǒng)由很多個(gè)不同的部分組成，這些部分都有各自不同的作用。飛機(jī)的傳感器主要是測(cè)量飛機(jī)的相關(guān)量，比如飛機(jī)的姿態(tài)角、位置、空速、飛機(jī)相關(guān)設(shè)備的狀態(tài)信息，它將這些模擬量轉(zhuǎn)化為電信號(hào)或者光信號(hào)，輸送到飛控計(jì)算機(jī)，然后由飛控計(jì)算機(jī)進(jìn)行操作。飛機(jī)上不同部分之間用不同的接口進(jìn)行連接【5】。比如傳感器測(cè)量的信息含有噪聲，則濾波器就是來(lái)濾除飛機(jī)的噪聲信號(hào)。隨著飛行控制系統(tǒng)的不斷發(fā)展，其所能實(shí)現(xiàn)的功能也越來(lái)越多，它可以實(shí)現(xiàn)的主要功能有：①使飛機(jī)在三個(gè)軸向上保持相對(duì)的穩(wěn)定，即飛機(jī)姿態(tài)角的穩(wěn)定。 飛機(jī)速度控制主要有三種方案，第一種是通過(guò)控制飛機(jī)的升降舵，改變飛機(jī)的俯仰角來(lái)控制速度；第二種是通過(guò)控制油門(mén)的大小，改變發(fā)動(dòng)機(jī)的推力來(lái)控制飛機(jī)的速度；第三種是通過(guò)速度和俯仰角解耦的控制方案。油門(mén)桿做階躍唯一的結(jié)果，往往是飛機(jī)的速度沒(méi)有發(fā)生變化，而俯仰角反而發(fā)生變化了。由前面的分析可知，微分方程難于求得解析解，因而不利于在控制中直接應(yīng)用。速率陀螺是一種自轉(zhuǎn)軸繞輸出軸主要受彈性約束的單自由度陀螺儀。陀螺儀中含有彈簧限制這個(gè)相對(duì)的轉(zhuǎn)動(dòng)量，陀螺的轉(zhuǎn)子進(jìn)度角度正好正比于彈簧的形變量。已知將三個(gè)參數(shù)代入到系統(tǒng)中，可以得到飛機(jī)模型的傳遞函數(shù)： (1)本文的主要目的是設(shè)計(jì)合適的控制器，對(duì)飛機(jī)的速度進(jìn)行控制，使其能夠跟蹤給定的期望輸入信號(hào)，由于已知執(zhí)行器的傳遞函數(shù)和飛機(jī)動(dòng)力學(xué)模型的傳遞函數(shù)，可以把執(zhí)行器和飛機(jī)動(dòng)力學(xué)模型等效為一個(gè)被控對(duì)象，這個(gè)被控對(duì)象的傳遞函數(shù)表示如下： (2)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖可以簡(jiǎn)化為如下形式：圖5 模擬飛機(jī)速度控制系統(tǒng)等效結(jié)構(gòu)圖3模擬飛機(jī)速度控制系統(tǒng)性能分析及系統(tǒng)仿真控制系統(tǒng)的時(shí)域分析法是一種直接在時(shí)間域中系統(tǒng)的性能進(jìn)行分析的方法，由于這種方法是直接在時(shí)域中進(jìn)行分析，所以它具有直觀和準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)，并且能夠提供系統(tǒng)時(shí)間響應(yīng)的全部信息。一般來(lái)說(shuō)，會(huì)選用比較經(jīng)典的信號(hào)來(lái)測(cè)試系統(tǒng)，這些經(jīng)典的信號(hào)要選取條件最惡劣的信號(hào)，假如在條件最惡劣的信號(hào)之下，系統(tǒng)都能夠很好的運(yùn)行，那么說(shuō)明系統(tǒng)的性能很好。典型的輸入信號(hào)分為好多種，單位階躍信號(hào)算是其中的一種。由上面的定義可知，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)和靜態(tài)性能指標(biāo)都是在單位階躍的輸入下定義的。(Peak Time)：系統(tǒng)加入階躍信號(hào)之后，其輸出信號(hào)超過(guò)其最終的值到達(dá)第一個(gè)峰值所需要的時(shí)間。(Delaying Time)：從系統(tǒng)加入階躍信號(hào)時(shí)刻算起，到系統(tǒng)的輸出第一次達(dá)到系統(tǒng)輸出穩(wěn)態(tài)值的50%所需的時(shí)間。系統(tǒng)加入階躍信號(hào)之后，當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)，系統(tǒng)的期望輸出和實(shí)際輸出之間的差值就成為系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。此時(shí)系統(tǒng)的兩個(gè)特征根為，兩個(gè)特征根都分布在實(shí)軸上，并且兩個(gè)實(shí)根不相等。此時(shí)系統(tǒng)的兩個(gè)根為，兩個(gè)特征根不在實(shí)軸上，并且兩個(gè)復(fù)根共軛。系統(tǒng)的超調(diào)量和僅和系統(tǒng)的阻尼比有關(guān)，并且系統(tǒng)的阻尼比越大，系統(tǒng)越穩(wěn)定，所以超調(diào)量越??；系統(tǒng)的阻尼比越小，系統(tǒng)越不穩(wěn)定，超調(diào)量越大。對(duì)于高階控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)存在著多個(gè)零點(diǎn)和極點(diǎn)，每個(gè)零點(diǎn)和極點(diǎn)都會(huì)影響系統(tǒng)的性能。對(duì)于一個(gè)穩(wěn)定的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，那些距離虛軸的距離比較遠(yuǎn)的極點(diǎn)，他們對(duì)應(yīng)的模態(tài)收斂速度很快，很快就達(dá)到穩(wěn)定，所以他們對(duì)于系統(tǒng)性能的影響僅僅限于系統(tǒng)響應(yīng)的初始階段，但是有些極點(diǎn)具有虛軸的距離比較近，他們對(duì)應(yīng)的模態(tài)收斂速度很慢，所以他們要達(dá)到穩(wěn)定，需要很長(zhǎng)的時(shí)間?？梢詫⒏唠A的系統(tǒng)降階，降到普通的二階系統(tǒng)甚至一階系統(tǒng)，再用相應(yīng)的分析方法進(jìn)行分析。實(shí)際的工程應(yīng)用中，開(kāi)環(huán)系統(tǒng)很少，因?yàn)殚_(kāi)環(huán)系統(tǒng)不能夠得到系統(tǒng)輸出的信息，不容易控制，所以實(shí)際應(yīng)用的系統(tǒng)大多數(shù)都是閉環(huán)系統(tǒng)。并且可以看出，系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程比較緩慢，調(diào)節(jié)時(shí)間很長(zhǎng)，超調(diào)量較大，所以必須設(shè)置控制器，提高系統(tǒng)的性能。PID控制的控制規(guī)律如下： (14) 把PID控制器寫(xiě)成傳遞函數(shù)的形式可以表示為： (15) 其中，u(t)、e(t)分別是控制器的輸出信號(hào)和輸入信號(hào)；、分別是控制器的比例增益、積分時(shí)間常數(shù)和微分時(shí)間常數(shù)。其中PID控制器的經(jīng)典電路圖如下所示：圖20 PID經(jīng)典電路圖根據(jù)上圖可知，PID電路的傳遞函數(shù)可以表示為如下所示： (24)其中比例系數(shù)，積分系數(shù)，微分系數(shù)。比例控制對(duì)系統(tǒng)的控制作用主要體現(xiàn)在系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差和系統(tǒng)的穩(wěn)定性之上，當(dāng)系統(tǒng)產(chǎn)生偏差時(shí)，控制器根據(jù)偏差的大小，通過(guò)一定的比例關(guān)系得到對(duì)應(yīng)的控制信號(hào)，作用于被控對(duì)象，使系統(tǒng)朝著偏差減小的方向運(yùn)行【14】。正是因?yàn)槿绱?，積分環(huán)節(jié)才能消除系統(tǒng)中的穩(wěn)態(tài)誤差，但是，積分環(huán)節(jié)時(shí)偏差的不斷累積過(guò)程，因此，它存在著一定的滯后作用，所以，一般積分環(huán)節(jié)很少單獨(dú)使用，一般和比例環(huán)節(jié)或者比例微分環(huán)節(jié)一塊使用。當(dāng)偏差較小時(shí)，能減小控制作用，減小系統(tǒng)的超調(diào)量。此時(shí)。bmrk39。 Kp=5324。 den=[1 0]。 plot(t,y,col(i))。fontsize39。,39。,39。,20)。fontsize39。,39。不同的K_1值下系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)39。grid on。但是對(duì)于這個(gè)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，設(shè)計(jì)的PID參數(shù)都能滿足系統(tǒng)的要求。系統(tǒng)出現(xiàn)偏差之后，偏差經(jīng)過(guò)量化因子Ke和Kec量化，然后輸入到模糊控制器中。(1)模糊控制器的基本結(jié)構(gòu)圖25 模糊控制器結(jié)構(gòu)從上圖可以分析得知，模糊控制器主要由四個(gè)主要部分組成。②規(guī)則庫(kù)模糊控制規(guī)則集，即以“if…then…”形式表示的模糊條件語(yǔ)句，如……其中，和就是前面所說(shuō)的模糊語(yǔ)言變量，,…,是的模糊子集，,…,是的模糊子集，,…,是u*的模糊子集。當(dāng)模糊規(guī)則表建立完成之后，模糊控制器會(huì)根據(jù)系統(tǒng)輸入的模糊量，查表的到輸出的模糊量。u的論域范圍：[1 1]。對(duì)于量化因子Ke來(lái)說(shuō)，它把系統(tǒng)的實(shí)際誤差e經(jīng)過(guò)一定的比例放大或縮小輸入到模糊控制器中。對(duì)于量化因子Kec來(lái)說(shuō)，它把系統(tǒng)實(shí)際誤差的導(dǎo)數(shù)ec經(jīng)過(guò)一定的比例放大或縮小輸入到模糊控制器中。模糊控制器輸入的信號(hào)時(shí)系統(tǒng)的誤差和誤差的導(dǎo)數(shù)，然后根據(jù)輸入得到控制信號(hào)，所以模糊控制器相當(dāng)于PD控制，因?yàn)闆](méi)有積分環(huán)節(jié)，所以模糊控制器很難消除靜態(tài)誤差，但是如果調(diào)節(jié)量化因子Ke和Kec，比例因子Ku得當(dāng)，可以將系統(tǒng)的靜態(tài)誤差減小到很少的程度，甚至完全消除穩(wěn)態(tài)誤差，所以模糊控制器最重要的是調(diào)節(jié)這三個(gè)參數(shù)【20】。得到系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)如下所示：當(dāng)=，系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)。圖30 當(dāng)K1= 根據(jù)上面的結(jié)果可知，當(dāng)選用模糊控制器時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)量化因子，比例因子，可以使系統(tǒng)獲得更好的控制效果，而且對(duì)于系統(tǒng)參數(shù)的變化具有一定的魯棒性，當(dāng)系統(tǒng)參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，系統(tǒng)的性能幾乎沒(méi)有下降，系統(tǒng)超調(diào)量為0，而且系統(tǒng)的值在變化范圍之內(nèi)時(shí)，系統(tǒng)的性能均沒(méi)有下降。結(jié)束語(yǔ)論文中主要介紹了模擬飛機(jī)速度控制系統(tǒng)的工作原理、主要成就、數(shù)學(xué)模型，以及從時(shí)域角度分析系統(tǒng)的性能指標(biāo)、設(shè)計(jì)PID控制器并用根軌跡法對(duì)系統(tǒng)的控制器參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，還根據(jù)系統(tǒng)的特點(diǎn)設(shè)計(jì)了模糊控制器等多種角度分別對(duì)模擬飛機(jī)速度控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行穩(wěn)定性分析、穩(wěn)態(tài)性能分析、動(dòng)態(tài)性能分析。參考文獻(xiàn)[1] [M].（第六版）.北京:科學(xué)出版社，2013. 191212 Hu Shousong, automatic control theory [M] .(6th Edition)Beijing: Science Press, 2013. 191212(in Chinese)[2] [M].（第三版）.北京：電子 工業(yè)出版社， 121 Wangzheng Lin .MATLAB / Simulink simulation and control system.[M] (third edition).Beijing: Electronic Industry Press, 121(in Chinese)[3] [M].北京:電子工業(yè)出版社， 2011. 7896 Li Ming Detailed MATLAB optimization in calculation of [M]. Beijing: Electronic Industry Press, 2011 7896(in Chinese)[4] 鄭君里，應(yīng)啟珩，[M].（第三版） 社，系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì).[M].機(jī)械工業(yè)出版,.[18] 焦圣喜,王澤,[J].電 子制作,2015,04:9. Jiao Shengxi,Wang Ze,Yang motor speed control system based on fuzzy PID simulation [J].Electronic manufacture,2015,04:9.[19] [D].天津大 學(xué),2012:4049. Cai design of the realtime simulation system based on MATLAB/RTW and research [D].Tianjin university,2012:4049.[20] [D].中南大 學(xué),2012:3340. Li structure analysis and application of new type fuzzy PID controller the research [D].Central south university,2012:3340.致 謝經(jīng)過(guò)半年多的學(xué)習(xí)與鉆研，此次畢業(yè)設(shè)計(jì)終于告一段落了。老師治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，教給我的不僅僅是書(shū)本上的知識(shí)，還有為人處世的積極態(tài)度，對(duì)待困難的良好心態(tài)，這些寶貴的精神財(cái)富將積極影響我今后的工作和生活，在此表示衷心的感謝。 知識(shí)是人類進(jìn)步的階梯，而我們登上階梯的領(lǐng)路人正是我們的老師。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過(guò)的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過(guò)的材料。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)的成果作品。本人授權(quán)　　 　 　大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。、圖表要求：1）文字通順，語(yǔ)言流暢，書(shū)寫(xiě)字跡工整，打印字體及大小符合要求，無(wú)錯(cuò)別字，不準(zhǔn)請(qǐng)他人代寫(xiě)2）工程設(shè)計(jì)類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計(jì)算機(jī)繪制，所有圖紙應(yīng)符合國(guó)家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。作者簽名： 日期： 年 月 日導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日注 意 事 項(xiàng)（論文）的內(nèi)容包括：