【正文】 ：1. 對飛機速度控制系統(tǒng)建模。2. 從時域的角度分析了系統(tǒng)的性能指標。建立模型之后，對系統(tǒng)進行了開環(huán)和閉環(huán)的研究，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)雖然穩(wěn)定，但是動態(tài)特性和靜態(tài)特性都不能滿足要求，所以要設計控制器進行控制。5. 根軌跡法對系統(tǒng)的控制器參數(shù)進行優(yōu)化。2模擬飛機速度控制系統(tǒng)的工作原理與數(shù)學模型 模擬飛機速度控制系統(tǒng)工作原理 飛機速度控制系統(tǒng)簡介對于飛機的飛控系統(tǒng)來說，可以分為兩個大類，其中第一種是人工飛行控制系統(tǒng)，另一種是自動飛行控制系統(tǒng)。飛控系統(tǒng)由很多個不同的部分組成，這些部分都有各自不同的作用。飛機的傳感器主要是測量飛機的相關量，比如飛機的姿態(tài)角、位置、空速、飛機相關設備的狀態(tài)信息，它將這些模擬量轉化為電信號或者光信號，輸送到飛控計算機，然后由飛控計算機進行操作。飛機上不同部分之間用不同的接口進行連接【5】。比如傳感器測量的信息含有噪聲，則濾波器就是來濾除飛機的噪聲信號。隨著飛行控制系統(tǒng)的不斷發(fā)展，其所能實現(xiàn)的功能也越來越多，它可以實現(xiàn)的主要功能有：①使飛機在三個軸向上保持相對的穩(wěn)定，即飛機姿態(tài)角的穩(wěn)定。 飛機速度控制主要有三種方案，第一種是通過控制飛機的升降舵，改變飛機的俯仰角來控制速度；第二種是通過控制油門的大小，改變發(fā)動機的推力來控制飛機的速度；第三種是通過速度和俯仰角解耦的控制方案。油門桿做階躍唯一的結果，往往是飛機的速度沒有發(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用。速率陀螺是一種自轉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相對的轉動量，陀螺的轉子進度角度正好正比于彈簧的形變量。已知將三個參數(shù)代入到系統(tǒng)中，可以得到飛機模型的傳遞函數(shù)： (1)本文的主要目的是設計合適的控制器，對飛機的速度進行控制，使其能夠跟蹤給定的期望輸入信號，由于已知執(zhí)行器的傳遞函數(shù)和飛機動力學模型的傳遞函數(shù)，可以把執(zhí)行器和飛機動力學模型等效為一個被控對象，這個被控對象的傳遞函數(shù)表示如下： (2)系統(tǒng)結構圖可以簡化為如下形式：圖5 模擬飛機速度控制系統(tǒng)等效結構圖3模擬飛機速度控制系統(tǒng)性能分析及系統(tǒng)仿真控制系統(tǒng)的時域分析法是一種直接在時間域中系統(tǒng)的性能進行分析的方法，由于這種方法是直接在時域中進行分析，所以它具有直觀和準確的優(yōu)點，并且能夠提供系統(tǒng)時間響應的全部信息。一般來說，會選用比較經(jīng)典的信號來測試系統(tǒng)，這些經(jīng)典的信號要選取條件最惡劣的信號，假如在條件最惡劣的信號之下，系統(tǒng)都能夠很好的運行，那么說明系統(tǒng)的性能很好。典型的輸入信號分為好多種，單位階躍信號算是其中的一種。由上面的定義可知，系統(tǒng)的動態(tài)性能指標和靜態(tài)性能指標都是在單位階躍的輸入下定義的。(Peak Time)：系統(tǒng)加入階躍信號之后，其輸出信號超過其最終的值到達第一個峰值所需要的時間。(Delaying Time)：從系統(tǒng)加入階躍信號時刻算起，到系統(tǒng)的輸出第一次達到系統(tǒng)輸出穩(wěn)態(tài)值的50%所需的時間。系統(tǒng)加入階躍信號之后，當系統(tǒng)達到穩(wěn)態(tài)，系統(tǒng)的期望輸出和實際輸出之間的差值就成為系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。此時系統(tǒng)的兩個特征根為，兩個特征根都分布在實軸上，并且兩個實根不相等。此時系統(tǒng)的兩個根為，兩個特征根不在實軸上，并且兩個復根共軛。系統(tǒng)的超調(diào)量和僅和系統(tǒng)的阻尼比有關，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。對于高階控制系統(tǒng)來說，系統(tǒng)存在著多個零點和極點，每個零點和極點都會影響系統(tǒng)的性能。對于一個穩(wěn)定的系統(tǒng)來說，那些距離虛軸的距離比較遠的極點，他們對應的模態(tài)收斂速度很快，很快就達到穩(wěn)定，所以他們對于系統(tǒng)性能的影響僅僅限于系統(tǒng)響應的初始階段，但是有些極點具有虛軸的距離比較近，他們對應的模態(tài)收斂速度很慢，所以他們要達到穩(wěn)定，需要很長的時間?？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)，再用相應的分析方法進行分析。實際的工程應用中，開環(huán)系統(tǒng)很少，因為開環(huán)系統(tǒng)不能夠得到系統(tǒng)輸出的信息，不容易控制，所以實際應用的系統(tǒng)大多數(shù)都是閉環(huán)系統(tǒng)。并且可以看出，系統(tǒng)的過渡過程比較緩慢，調(diào)節(jié)時間很長，超調(diào)量較大，所以必須設置控制器，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和輸入信號；、分別是控制器的比例增益、積分時間常數(shù)和微分時間常數(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，當系統(tǒng)產(chǎn)生偏差時，控制器根據(jù)偏差的大小，通過一定的比例關系得到對應的控制信號，作用于被控對象，使系統(tǒng)朝著偏差減小的方向運行【14】。正是因為如此，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)時偏差的不斷累積過程，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。當偏差較小時，能減小控制作用，減小系統(tǒng)的超調(diào)量。此時。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39。grid on。但是對于這個系統(tǒng)來說，設計的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構圖25 模糊控制器結構從上圖可以分析得知，模糊控制器主要由四個主要部分組成。②規(guī)則庫模糊控制規(guī)則集，即以“if…then…”形式表示的模糊條件語句，如……其中，和就是前面所說的模糊語言變量，,…,是的模糊子集，,…,是的模糊子集，,…,是u*的模糊子集。當模糊規(guī)則表建立完成之后，模糊控制器會根據(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]。對于量化因子Ke來說，它把系統(tǒng)的實際誤差e經(jīng)過一定的比例放大或縮小輸入到模糊控制器中。對于量化因子Kec來說，它把系統(tǒng)實際誤差的導數(shù)ec經(jīng)過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時系統(tǒng)的誤差和誤差的導數(shù)，然后根據(jù)輸入得到控制信號，所以模糊控制器相當于PD控制，因為沒有積分環(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，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)這三個參數(shù)【20】。得到系統(tǒng)的單位階躍響應如下所示：當=，系統(tǒng)的單位階躍響應。圖30 當K1= 根據(jù)上面的結果可知，當選用模糊控制器時，通過調(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，而且對于系統(tǒng)參數(shù)的變化具有一定的魯棒性，當系統(tǒng)參數(shù)發(fā)生變化時，系統(tǒng)的性能幾乎沒有下降，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，系統(tǒng)的性能均沒有下降。結束語論文中主要介紹了模擬飛機速度控制系統(tǒng)的工作原理、主要成就、數(shù)學模型，以及從時域角度分析系統(tǒng)的性能指標、設計PID控制器并用根軌跡法對系統(tǒng)的控制器參數(shù)進行優(yōu)化，還根據(jù)系統(tǒng)的特點設計了模糊控制器等多種角度分別對模擬飛機速度控制系統(tǒng)數(shù)學模型進行穩(wěn)定性分析、穩(wěn)態(tài)性能分析、動態(tài)性能分析。參考文獻[1] [M].（第六版）.北京:科學出版社，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]. 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