共軸雙旋翼直升機(jī)懸停方向的控制實(shí)驗(yàn)研究報(bào)告(完整版)
【正文】 2 0 l g { 1 . 1}0 . 9L??????? ???? ?? ???? 得到 39。一般地說，開環(huán)頻域特性的低頻段表征了閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能；開環(huán)頻域的中頻段表征了閉環(huán)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)研究報(bào)告（ 20xx20xx 學(xué)年第一學(xué)期） 10 能；開環(huán)頻域的高頻段表征了閉環(huán)系統(tǒng)的復(fù)雜性和噪聲抑制性能。當(dāng)增大 K 時(shí) ，可以增大自然頻率 n? ，提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度，但同時(shí)減小了阻尼比 ? ，使得系統(tǒng)的阻尼程度減小，超調(diào)量增大。 假設(shè)（ 1）上下旋翼均為三葉槳，且尺寸，重量等各種物理參數(shù)均相同； （ 2）上下旋翼旋轉(zhuǎn)軸通過機(jī)身質(zhì)心； （ 3）機(jī)身外形簡(jiǎn)化成體積相同的長(zhǎng)方體，質(zhì)心位于其幾何中心。 由以上三式 消去中間變量 ()ait、 aE 、 ()mMt， 便可得到直流電機(jī)的微分方程： 22 ( ) ( ) ( )( ) ( ) ( ) ( ) ( )m m ca m a m a m a m m e m m a a a cd t d t dM tL J L f R J R f C C t C u t L R M tdt dt dt?? ?? ? ? ? ? ? ? 在工程應(yīng)用中，由于電樞電路電感 aL 較小，通常忽略不計(jì)，因而上式 可以簡(jiǎn)化為 12() ( ) ( ) ( )mm m a cdtT t K u t K M tdt? ?? ? ? 式 中 ()m a m a m m eT R J R f C C??， 1 ()m a m m eK C R f C C??， 2 ()a a m m eK R R f C C?? 可 求 ()aut到 ()mt? 的傳遞函數(shù)，以便研究在 ()aut作用下電機(jī)轉(zhuǎn)速 ()mt? 的性能。因此，在控制系統(tǒng)雛形設(shè)計(jì)好后，還要進(jìn) 行系統(tǒng)的校正。 首先在時(shí)域中對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析，同時(shí)運(yùn)用 Scilab 軟件進(jìn)行仿真 ，直觀地反映了系統(tǒng)的性能 。 （ 2） 全差動(dòng)航向操縱方案 。機(jī)體部件可以緊湊地安排在直升機(jī)重心處，所以飛行穩(wěn)定性好，也便于操縱。經(jīng)過半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展，共軸雙旋翼的旋翼理論得到不斷的發(fā)展和完善，這種構(gòu)形的直升機(jī)以它固有的優(yōu)勢(shì)越來越受到業(yè)內(nèi)人士的重視。 然而，由于當(dāng)時(shí)人們對(duì)共軸雙旋翼氣動(dòng)特性認(rèn)識(shí)的缺乏以及在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面遇到的困難，許多設(shè)計(jì)者最終放棄了努力，而在很長(zhǎng)一段時(shí)間對(duì)共軸式直升機(jī)的探討只停留在實(shí)驗(yàn)階段。并且， 為達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了串聯(lián)校正，使系統(tǒng)能夠較好地達(dá)到 了 指標(biāo)要求。美國(guó)也于 50 年代研制了 QH50 共軸式遙控直升機(jī)作為軍用反潛的飛行平臺(tái)，并先后交付美國(guó)海軍 700 多架。 共軸 雙旋翼 直升機(jī)主要優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，外形尺寸小。 ，當(dāng)旋翼在靜止氣流 中旋轉(zhuǎn)時(shí)，以縱向周期變距為例，直升機(jī) 有 兩種典型的航向操縱結(jié)構(gòu)形式 ， 即半差動(dòng)和全差動(dòng)形式。首先對(duì)研究的系統(tǒng)各部分運(yùn)動(dòng)機(jī)理進(jìn)行分析，根據(jù)所依據(jù)的物理規(guī)律列寫相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)方程。 （ 4） 控制系統(tǒng)校正 根據(jù)被控對(duì)象及給 定的技術(shù)指標(biāo)要求設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)，需要進(jìn)行大量的分析計(jì)算。 電樞回路電壓平衡方程： ()( ) ( )aa a a a ad i tu t L R i t Edt? ? ? 式中 aE 是電樞反電勢(shì)，它是電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的反電勢(shì)，其大小與激磁磁通即轉(zhuǎn)速成正比，方向與電樞電壓 ()aut相反，即 ()a e mE C t?? ， eC 是反電勢(shì)系數(shù)。雙旋翼直升機(jī)在直立軸上安裝了一對(duì)向相反方向旋轉(zhuǎn)的旋翼，通過對(duì)兩旋翼旋轉(zhuǎn)角速度的控制，實(shí)現(xiàn)直升機(jī)懸 停方向的改變。 分析擾動(dòng)誤差時(shí)的結(jié)構(gòu)圖如下 動(dòng)態(tài)性能分析 2KaN(s) 11m m tKT s K K K?? 1s E(s) + 1 自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)研究報(bào)告（ 20xx20xx 學(xué)年第一學(xué)期） 9 2 2 11() ( 1 )( 1 ) mmtm m tmmK TKs K K K sT s K K K s K KsTT? ? ? ?? ? ? ?? 此系統(tǒng)為二階系統(tǒng)，其標(biāo)準(zhǔn)形式為 222() 2 nnns ss??? ??? ?? 所以得到 n mKT? ?， 112 mtmK K KTK? ?? 在控制工程中，除了那些不容許產(chǎn)生振蕩響應(yīng)的系統(tǒng)外，通常都希望控制系統(tǒng)都具有適當(dāng)?shù)淖枘?、較快的響應(yīng)速度和較短的調(diào)節(jié)時(shí)間。 此校正裝置的設(shè)計(jì)在頻域內(nèi)進(jìn)行，這是一種間接的設(shè)計(jì)方法，因?yàn)樵O(shè)計(jì)結(jié)果滿足的是一些頻域指標(biāo)，而不是時(shí)域指標(biāo)。 根據(jù)研究問題的實(shí)際物理背景，可確定的參數(shù)為 20mK ? ， 1 5K? ， 10mT? ， ? ， ? ， 1bK 和 2bK 在實(shí)際中，在滿足系統(tǒng)所需穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)指標(biāo)的基礎(chǔ)上，根據(jù)具體情況的要求（如機(jī)身向左旋轉(zhuǎn) 20176。 自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)研究報(bào)告（ 20xx20xx 學(xué)年第一學(xué)期） 12 1 mT a??? 式中 * ???? 所以 1cG ???? ? 4．
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