【正文】 on system characteristics in time domain and frequency domain contoured influence, through the parison, the understanding of the control system can be deepen, and has a great help for learning.Key words：Simulation of aircraft control systems。對(duì)于美國(guó)來說，一小時(shí)打遍全球是美國(guó)空軍的夢(mèng)想，現(xiàn)在的高超音速飛行器正好可以使這種夢(mèng)想變成現(xiàn)實(shí)。高超音速導(dǎo)彈除了攜帶大量的彈藥之外，自身還具有嚇人的動(dòng)能，這強(qiáng)大的動(dòng)能可直接穿透鋼筋混凝土，可直接打擊地下的目標(biāo)，目前打擊能力最強(qiáng)的鉆地彈可打擊地下一百多米的目標(biāo)，具有強(qiáng)大的心理威懾能力。當(dāng)飛機(jī)在突破音速的瞬間，必須要突破音障，這個(gè)時(shí)候飛機(jī)穩(wěn)定性會(huì)急劇下降，要保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，必須精確控制飛機(jī)的速度來保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，所以也要建立相關(guān)的速度控制系統(tǒng)。并且分析了典型二階系統(tǒng)的性能指標(biāo)與其參數(shù)的關(guān)系和高階系統(tǒng)的分析方法，便于以后進(jìn)行設(shè)計(jì)控制器。6. 根據(jù)系統(tǒng)的特點(diǎn)設(shè)計(jì)了模糊控制器。飛機(jī)的屏顯設(shè)備主要是顯示飛機(jī)的相關(guān)信息，比如飛機(jī)的姿態(tài)角、速度、機(jī)內(nèi)的溫度等。飛機(jī)的角速度主要用速率陀螺來測(cè)量，飛機(jī)姿態(tài)角中的俯仰角則主要用垂直陀螺來測(cè)量，飛機(jī)的偏航角主要用飛機(jī)的航向陀螺測(cè)量。③飛控系統(tǒng)接收到飛行員設(shè)定的信號(hào)之后，控制飛機(jī)按照期望的高度和速度飛行。在前面的兩種不同的控制飛機(jī)速度方法中，當(dāng)改變飛機(jī)的速度之后，飛機(jī)的角度肯定會(huì)受到影響而改變，所以說，控制飛機(jī)速度和俯仰角是耦合的。把陀螺儀的外殼和飛機(jī)固連起來，那么陀螺儀的角速度就是飛機(jī)的速度，因此就可以測(cè)量到飛機(jī)的速度。給系統(tǒng)輸入一個(gè)信號(hào)，想要得到系統(tǒng)的輸出信號(hào)，就必須得到輸入信號(hào)的精確表達(dá)式【9】。如果系統(tǒng)能夠在條件如此惡劣的輸入信號(hào)下保持較好的性能指標(biāo)，那么這個(gè)系統(tǒng)就是合格的，當(dāng)輸入其他類型的信號(hào)時(shí)，這個(gè)系統(tǒng)也能達(dá)到相應(yīng)的指標(biāo)。 (Setting Time)：從系統(tǒng)加入階躍信號(hào)時(shí)刻算起，系統(tǒng)的響應(yīng)曲線進(jìn)入并永遠(yuǎn)保持在一個(gè)允許誤差帶內(nèi)，所需要的最短時(shí)間。對(duì)于如下圖所示的控制系統(tǒng)方框圖：圖7 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖輸入信號(hào)至誤差信號(hào)之間的關(guān)系表示如下：誤差傳遞函數(shù)為： (4)則系統(tǒng)的誤差信號(hào)為： (5)根據(jù)自動(dòng)控制原理的知識(shí)，當(dāng)?shù)娜繕O點(diǎn)均位于左半個(gè)平面時(shí)，應(yīng)用拉普拉斯的終值定理可以求出系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差為： (6)典型二階系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如下所示：圖8 典型二階系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖由上面可知，此二階系統(tǒng)的特征方程如下所示： (7)兩個(gè)根(閉環(huán)極點(diǎn))為 (8)對(duì)于典型二階系統(tǒng)來說，系統(tǒng)的性能特性受到阻尼比和無阻尼自然頻率這兩個(gè)參數(shù)的影響。此時(shí)系統(tǒng)的兩個(gè)根為，兩個(gè)特征根都分布在虛軸上，并且兩個(gè)虛根共軛。有的影響較大，有的影響較小。，所以，此被控對(duì)象開環(huán)傳遞的增益也是一個(gè)變化的值，這就會(huì)導(dǎo)致此系統(tǒng)開環(huán)時(shí)肯定會(huì)出現(xiàn)穩(wěn)態(tài)誤差，令=,，開環(huán)系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)如下所示： 圖12 不同的K1值對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能的影響由上圖可以看出對(duì)于不同的值，開環(huán)系統(tǒng)的的響應(yīng)過程大致相同，唯一不同的就是穩(wěn)態(tài)誤差不一樣。通過Kp，Ki和Kd三個(gè)參數(shù)的整定。(1)比例控制比例控制是自動(dòng)控制中最簡(jiǎn)單的一種控制器。因?yàn)槲⒎汁h(huán)節(jié)是對(duì)偏差求導(dǎo)，所以它能夠根據(jù)偏差變化的趨勢(shì)進(jìn)行輸出，有一定的預(yù)測(cè)作用。clc。 Kd=。 hold on。,39。time(s)39。,20)。但是對(duì)于不同的值，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性并不相同，當(dāng)=，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性最好，超調(diào)量有4%，；當(dāng)=，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性最不好，超調(diào)量為14%，調(diào)節(jié)時(shí)間為1s，并且根據(jù)系統(tǒng)的閉環(huán)零極點(diǎn)圖可知，是最佳阻尼比。這個(gè)規(guī)則表是根據(jù)長(zhǎng)期的經(jīng)驗(yàn)制定的。2．模糊控制規(guī)則的建立和模糊推理模糊控制器中，模糊規(guī)則是由多條規(guī)則通過“或”運(yùn)算得到的。調(diào)節(jié)的參數(shù)主要是量化因子Ke，Kec和比例因子Ku。對(duì)于比例因子Ku來說，它把模糊控制器的輸出經(jīng)過一定的比例放大或者縮小直接控制被控對(duì)象。圖28 當(dāng)K1=當(dāng)=，系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)。這學(xué)期來，通過查找資料、編寫程序、撰寫論文，鞏固并提高了我的自動(dòng)控制理論方面的知識(shí)，相關(guān)技能、軟件掌握的越來越熟練。我在大家的幫助中學(xué)到了很多的知識(shí)，更明白了團(tuán)隊(duì)合作的重要性。在這里，我衷心感謝那些曾經(jīng)傳授我們知識(shí)的恩師們，祝愿你們桃李滿天下。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。、圖表要求：1）文字通順，語言流暢，書寫字跡工整，打印字體及大小符合要求，無錯(cuò)別字，不準(zhǔn)請(qǐng)他人代寫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。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)表或撰寫的成果作品。 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。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。結(jié)束語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。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)。對(duì)于量化因子Kec來說，它把系統(tǒng)實(shí)際誤差的導(dǎo)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。u的論域范圍：[1 1]。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。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。grid on。,39。,20)。,39。 plot(t,y,col(i))。 Kp=5324。此時(shí)。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。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)。并且可以看出，系統(tǒng)的過渡過程比較緩慢，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?？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。對(duì)于高階控制系統(tǒng)來說，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。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)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。(Peak Time)：系統(tǒng)加入階躍信號(hào)之后，其輸出信號(hào)超過其最終的值到達(dá)第一個(gè)峰值所需要的時(shí)間。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。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。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。油門桿做階躍唯一的結(jié)果，往往是飛機(jī)的速度沒有發(fā)生變化，而俯仰角反而發(fā)生變化了。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)上不同部分之間用不同的接口進(jìn)行連接【5】。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。5. 根軌跡法對(duì)系統(tǒng)的控制器參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。2. 從時(shí)域的角度分析了系統(tǒng)的性能指標(biāo)。最近今年，超高速飛行器的概念逐漸被大眾所熟知，對(duì)于超高速飛機(jī)來說，飛機(jī)的速度很大，因此速度對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定的影響因子增大，所以必須要嚴(yán)格控制飛機(jī)的速度精度【2】。但是對(duì)于高超音速導(dǎo)彈來說，它的速度非?？欤⑶绎w行的軌跡十分難以預(yù)測(cè)，所以現(xiàn)有的防空武器根本沒有辦法進(jìn)行攔截。高超音速飛行器的速度十分快，除此之外，飛行器的軌跡也沒有規(guī)律，難以預(yù)測(cè)，所以用相應(yīng)的攔截系統(tǒng)難以攔截。由于模糊控制器不需要控制對(duì)象的精確模型，所以設(shè)計(jì)的模糊控制器對(duì)于所有的參數(shù)都實(shí)現(xiàn)了很好的效果，大幅度的提升了系統(tǒng)的性能。畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 模擬飛機(jī)速度控制系統(tǒng)的分析與仿真 摘 要此次設(shè)計(jì)研究的內(nèi)容主要是圍繞模擬飛機(jī)控制系統(tǒng)，利用自動(dòng)控制原理中的多種方法分析該控制系統(tǒng)的性能，比如系統(tǒng)的穩(wěn)定性，動(dòng)態(tài)性能，靜態(tài)性能以及它們之間的相互關(guān)系，并且運(yùn)用MATLAB軟件對(duì)該控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真，直觀的分析系統(tǒng)參數(shù)對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性和穩(wěn)態(tài)特性的影響，來知道參數(shù)調(diào)節(jié)，讓系統(tǒng)具備良好的控制效果。最后，根據(jù)系統(tǒng)中存在著參數(shù)不確定的情況，傳統(tǒng)控制方法很難設(shè)計(jì)控制器對(duì)于所有的參數(shù)都適用，所以設(shè)計(jì)了模糊控制器。高超音速飛行器不僅僅指飛機(jī)，它主要包括三個(gè)大類，第一類是高超音速的巡航導(dǎo)彈，第二類是高超音速的飛機(jī)，第三類是高超音速的航天飛機(jī)。現(xiàn)在的巡航導(dǎo)彈主要依靠自身的隱身技術(shù)來實(shí)現(xiàn)突破對(duì)方的防御系統(tǒng)，但是它的