【正文】 根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際情況，選擇偏差e，偏差的導(dǎo)數(shù)ec，控制量u的論域e的論域范圍：[1 1]。他們分別有著不同的作用，如下所示：1．模糊化接口模糊控制器中的模糊化接口主要是接收系統(tǒng)的輸入信號(hào)，輸入的信號(hào)主要是系統(tǒng)的偏差信號(hào)e和偏差信號(hào)的導(dǎo)數(shù)de或者偏差信號(hào)的差分Δe，它的主要功能如下所示：①論域變換 ②模糊化 模糊控制器的知識(shí)庫(kù)是所以控制器知識(shí)的來(lái)源，模糊控制器的性能主要由知識(shí)庫(kù)決定，所以它是模糊控制器中最重要的部分。模糊控制器屬于智能控制器的一種。fontsize39。ylabel(39。,39。legend(39。 sys1=feedback(sys,1)。for K1=[ ] yi=。根據(jù)本論文的要求，用PID控制器能夠滿足系統(tǒng)的要求，實(shí)現(xiàn)控制目標(biāo)，所以，本論文的控制器選用PID控制器。(2)積分控制積分環(huán)節(jié)是對(duì)根據(jù)誤差的大小，對(duì)誤差進(jìn)行積分，輸入相應(yīng)的控制信號(hào)。即 (16)在復(fù)頻域分析中，比例電路的傳遞函數(shù)可以表示為如下形式： (17)積分電路主要由運(yùn)算放大器、電容和電阻組成，其電路圖表示如下：圖17 積分電路圖根據(jù)模擬電路的知識(shí)可知，理想運(yùn)放滿足“虛斷”和“虛短”的特點(diǎn)，根據(jù)電容和電阻的伏安特性，可以推斷出積分電路的輸出和輸入的關(guān)系可表示如下： (18)由上式可知，電路的輸出和輸入之間為積分關(guān)系，在復(fù)頻域的分析中，積分電路的傳遞函數(shù)可以表示為如下形式： (19)微分電路主要由運(yùn)算放大器、電容和電阻組成，其電路圖表示如下：圖18 微分電路圖由上圖可知，微分電路是將積分電路中電阻和電容的位置交換之后得到的，所以可知： (20)即： (21)在復(fù)頻域的分析中，微分電路的傳遞函數(shù)可以表示為如下形式： (22)反相電路主要由運(yùn)算放大器和電阻組成，它是比例電路的特殊形式，其電路圖表示如下：圖19 反相電路圖根據(jù)模擬電路的知識(shí)可知，運(yùn)算放大器在深度負(fù)反饋的情況下工作時(shí)，電路的放大倍數(shù)僅由外接電阻R1的值決定。令=,，閉環(huán)系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)如下所示：圖14 閉環(huán)系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)由閉環(huán)系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)圖可知，閉環(huán)系統(tǒng)也是穩(wěn)定的系統(tǒng)。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于那些距離虛軸較近而且他的周圍沒(méi)有零點(diǎn)的極點(diǎn)，他們是影響系統(tǒng)性能的主要極點(diǎn)，稱他們?yōu)橹鲗?dǎo)極點(diǎn)【12】。欠阻尼二階系統(tǒng)的超調(diào)量和阻尼比的關(guān)系曲線如下所示：圖10 欠阻尼系統(tǒng)超調(diào)量和阻尼比的關(guān)系欠阻尼二階系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時(shí)間和阻尼比的關(guān)系曲線如下所示：圖11 欠阻尼系統(tǒng)調(diào)節(jié)時(shí)間和阻尼比的關(guān)系系統(tǒng)響應(yīng)速度的快慢和系統(tǒng)超調(diào)量的大小是兩個(gè)相互矛盾的指標(biāo)，這兩項(xiàng)反映的是系統(tǒng)的響應(yīng)速度快慢和阻尼程度大小。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)根相等。為了描述系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)特性，定義了系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差這個(gè)性能指標(biāo)。系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)描述的是系統(tǒng)在動(dòng)態(tài)過(guò)程中的性能，比如快速性。實(shí)際的控制系統(tǒng)中，存在著各種干擾，非線性，延遲等一系列因素，系統(tǒng)的輸出量不可能完完全全和系統(tǒng)的輸入量相同【10】。其中，速率陀螺包括積分陀螺儀和速度陀螺儀。對(duì)于飛機(jī)速度控制系統(tǒng)，根據(jù)系統(tǒng)的物理特性和自動(dòng)控制理論知識(shí)，可以得到整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如下所示：圖4 模擬飛機(jī)速度控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要是控制器的設(shè)計(jì)，這是自動(dòng)控制中最為重要的部分。其控制系統(tǒng)框圖如下所示：圖1 通過(guò)控制升降舵來(lái)控制飛機(jī)速度在這個(gè)方案中，飛機(jī)油門桿的位置不發(fā)生變化，只是通過(guò)操縱升降舵來(lái)控制飛機(jī)的飛行速度，所以飛行速度的調(diào)節(jié)范圍十分有限。③放大元件放大元件主要是放大功能，把上述處理過(guò)的信號(hào)進(jìn)行放大處理，一般情況下指的是功率放大。飛機(jī)上的執(zhí)行器是飛行控制系統(tǒng)的“手”，它接收飛控計(jì)算機(jī)發(fā)出的指令，進(jìn)行相關(guān)的操作，比如控制飛機(jī)的舵機(jī)、飛機(jī)的起落架等部件。不是由飛行員對(duì)飛機(jī)直接操作，而是飛機(jī)自動(dòng)根據(jù)自身的狀態(tài)來(lái)調(diào)節(jié)自己的系統(tǒng)成為自動(dòng)飛行控制系統(tǒng)。通過(guò)對(duì)PID控制器的介紹，分析了PID控制器的優(yōu)點(diǎn)，以及PID控制器中三個(gè)參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響。常用的數(shù)學(xué)模型有微分方程、傳遞函數(shù)等。但是現(xiàn)代的飛行器速度提高太快，已經(jīng)超越了音速好幾倍，所以飛機(jī)速度對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響迅速提升，因此要精確控制飛機(jī)的速度，所以需要增大對(duì)飛機(jī)速度的自控制系統(tǒng)【2】。2. 突破防御能力強(qiáng)。其中，高超音速，是指飛行器的速度高于音速五倍以上，大約為每小時(shí)飛行器的移動(dòng)的距離為6000公里。另外根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能指標(biāo)的影響，進(jìn)一步提升了系統(tǒng)的性能。首先從時(shí)域角度出發(fā)，根據(jù)系統(tǒng)中各個(gè)環(huán)節(jié)的物理或者化學(xué)規(guī)律，得到系統(tǒng)的微分方程，由微分方程經(jīng)過(guò)拉普拉斯變化解得系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)或者閉環(huán)傳遞函數(shù)，然后求解閉環(huán)特征方程的特征方程和特征根，零極點(diǎn)的分布以及勞斯判據(jù)來(lái)分析判斷該系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在分析的過(guò)程中，使用了計(jì)算機(jī)技術(shù)的MATLAB軟件，該軟件可以比較方便地得到系統(tǒng)的根軌跡圖、階躍響應(yīng)圖和頻域分析的曲線，并且可以高效的對(duì)比系統(tǒng)各個(gè)參數(shù)對(duì)系統(tǒng)時(shí)域特性和頻域特型的影響，通過(guò)這些對(duì)比，能夠加深對(duì)控制系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)和理解，對(duì)于系統(tǒng)的學(xué)習(xí)有著很大的幫助。高超音速飛行器的動(dòng)力由高超音速?zèng)_壓發(fā)動(dòng)機(jī)提供，它的技術(shù)原理十分復(fù)雜，同時(shí)具有高要求的氣動(dòng)外形，所以研究起來(lái)十分困難，解決飛行器的速度控制問(wèn)題，是發(fā)展高超音速飛行器的關(guān)鍵。3. 破壞的能力大。速度控制是航跡控制的必要前提，如果飛機(jī)的速度控制不好，那么控制航跡是不可能實(shí)現(xiàn)的。從時(shí)域出發(fā)，分析了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性和靜態(tài)特性，比如動(dòng)態(tài)特性的超調(diào)量和調(diào)節(jié)時(shí)間，靜態(tài)特性的靜態(tài)誤差。前面設(shè)計(jì)的PID控制器雖然提高了系統(tǒng)的性能指標(biāo)，但是通過(guò)根軌跡法發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)的阻尼比并不在最佳阻尼比，所以系統(tǒng)的性能還有提升的空間，所以，根據(jù)根軌跡圖，調(diào)節(jié)系統(tǒng)的參數(shù)，將系統(tǒng)的閉環(huán)極點(diǎn)放到了最佳阻尼比處，進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的性能指標(biāo)。比如飛機(jī)的屏顯設(shè)備、飛機(jī)的傳感器、飛機(jī)的機(jī)載計(jì)算機(jī)、系統(tǒng)的執(zhí)行器，以及其他的接口設(shè)備組成。飛機(jī)速度控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成主要包括以下幾個(gè)部分：①測(cè)量元件或稱為敏感元件測(cè)量元件主要用來(lái)測(cè)量飛機(jī)運(yùn)動(dòng)時(shí)的各項(xiàng)參數(shù)。②飛行員發(fā)送相關(guān)的指令到飛控計(jì)算機(jī)，比如期望的飛機(jī)速度，飛控計(jì)算機(jī)根據(jù)飛機(jī)實(shí)際的速度和期望的速度，輸出控制信號(hào)，使實(shí)際的速度等于期望的速度。所以，油門桿移動(dòng)的結(jié)果由于飛機(jī)的姿態(tài)發(fā)生了變化，達(dá)不到原來(lái)的控制速度的目的【8】。速率陀螺的是根據(jù)陀螺儀的原理，利用陀螺的進(jìn)動(dòng)特性，陀螺外殼轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度和陀螺的進(jìn)動(dòng)角度成正比關(guān)系，所以，利用傳感器得到了速率陀螺儀進(jìn)動(dòng)的角度，就能得到陀螺儀外殼的角速度。評(píng)價(jià)一個(gè)控制系統(tǒng)的好壞有很多種指標(biāo)，可以把這些指標(biāo)分成兩個(gè)大類，一類是動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)，另一類是靜態(tài)的性能指標(biāo)。階躍信號(hào)是條件比較惡劣的信號(hào)，它是突然給系統(tǒng)添加了一個(gè)很大的誤差。 (Overshoot)%：系統(tǒng)響應(yīng)的最大偏差與輸出信號(hào)終值的差與終值之比的百分?jǐn)?shù)，即 (3)若，則響應(yīng)無(wú)超調(diào)。它描述了系統(tǒng)的控制精度【11】。（4），零阻尼。但是，這些零點(diǎn)和極點(diǎn)對(duì)系統(tǒng)性能影響的效果并不相同。 飛機(jī)速度控制系統(tǒng)分析 由第二章的分析可知，系統(tǒng)被控對(duì)象的模型是二階環(huán)節(jié)，其傳遞函數(shù)可表示為：由上式可知系統(tǒng)的的特征方程表示如下： (12)可以解得系統(tǒng)的特征根為：，即系統(tǒng)的兩個(gè)特征根都在虛軸的左側(cè)，根據(jù)二階系統(tǒng)性能和特征根的關(guān)系可知，系統(tǒng)開(kāi)環(huán)是穩(wěn)定的。4模擬飛機(jī)速度控制器設(shè)計(jì)及系統(tǒng)仿真 PID控制器設(shè)計(jì)PID控制器的典型結(jié)構(gòu)如下所示：圖15 PID控制器經(jīng)典結(jié)構(gòu)圖根據(jù)PID控制器的原理框圖，可以知道，PID控制器由比例單元P、積分單元I和微分單元D組成。 PID控制器中三個(gè)系數(shù)的作用PID控制器中的比例、微分和積分三個(gè)環(huán)節(jié)發(fā)揮著不同的作用，三個(gè)環(huán)節(jié)共同作用在被控對(duì)象上，實(shí)現(xiàn)控制的目標(biāo)。(3)微分控制微分控制是對(duì)系統(tǒng)的偏差進(jìn)行微分作用，然后得出控制信號(hào)。系統(tǒng)仿真的代碼如下所示：clear。 Ki=4840。 i=i+1。K_1=39。xlabel(39。fontsize39。當(dāng)K1=,：圖22 加入PID控制器后的系統(tǒng)階躍響應(yīng)單位階躍響應(yīng)的局部圖如下所示：圖23 加入PID控制器后的系統(tǒng)階躍響應(yīng)局部圖當(dāng)K1=，系統(tǒng)的零極點(diǎn)圖：圖24 K1=由上圖可以看出，加入PID控制器之后，系統(tǒng)都能夠消除穩(wěn)態(tài)誤差，最終達(dá)到穩(wěn)定。模糊控制器先將輸入的信息模糊化，得到模糊的語(yǔ)言變量，再根據(jù)預(yù)先設(shè)定的模糊控制規(guī)則表，得到相應(yīng)控制量的語(yǔ)言變量。模糊控制器中的各條規(guī)則之間是邏輯“或”的關(guān)系，所以根據(jù)每一條規(guī)則得到系統(tǒng)總的規(guī)則可以用如下的方法： (26)在t時(shí)刻，若輸入量和，∈X’， ∈Y’，且論域X’，Y’還有Z’都是離散的，在X’上對(duì)應(yīng)矢量A’， 在Y’上對(duì)應(yīng)的矢量是B’，則推理結(jié)果是Z’上的矢量C’可表示為如下形式： (27)①解模糊 ②論域反變換 (2)模糊控制基本算法1．模糊化模糊控制器工作的時(shí)候，它的輸入信號(hào)必須是模糊的量，但是實(shí)際工作中，系統(tǒng)的信號(hào)都是精確的值，所以需要把精確地量模糊化，得到對(duì)應(yīng)的模糊量，這個(gè)過(guò)程就叫做模糊化【20】。e的語(yǔ)言變量：NB, NM, NS, NZ, PZ, PS, PM, PBec的語(yǔ)言變量：NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PBu的語(yǔ)言變量：NB, NM, NS, ZO, PS, PM, PB模糊控制規(guī)則如下：ueNBNMNSNZPZPS PMPB ecNBPBPBPMPMPMPSZOZONMPBPBPMPMPMPSZOZONSPBPBPMPSPSZONMNMZOPBPBPMZOZONMNBNBPSPMPMZONSNSNMNBNBPMZOPSNSNMNMNMNBNBPBZOZONSNMNMNMNBNB表一 模糊控制規(guī)則表隱含采用‘mamdani’方法：‘maxmin’推理方法，即‘min’方法去模糊方法：面積中心發(fā)選擇隸屬函數(shù)的形式：三角型在模糊控制器設(shè)計(jì)完成之后，直接應(yīng)用到系統(tǒng)中往往不能滿足要求，需要對(duì)系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng)量化因子Kec增大時(shí)，系統(tǒng)超調(diào)量變小，過(guò)渡過(guò)程變小，當(dāng)量化因子Kec減小時(shí)，系統(tǒng)超調(diào)量變大，過(guò)渡過(guò)程變長(zhǎng)。圖27 當(dāng)K1=當(dāng)=，系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)。得到最優(yōu)的函數(shù)模型參數(shù)，理論上使系統(tǒng)的得到一個(gè)最優(yōu)化的結(jié)果。因?yàn)榻?jīng)驗(yàn)的缺乏，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中有很多不足的地方，經(jīng)常會(huì)走一些彎路，如果沒(méi)有老師的指導(dǎo)與教育，以及同學(xué)們的幫助，想要完成這個(gè)課題是相當(dāng)困難的。沒(méi)有各位老師的辛勤教導(dǎo)，便不會(huì)有我們今天的累累果實(shí)。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書寫，不準(zhǔn)用徒手畫3）畢業(yè)論文須用A4單面打印，論文50頁(yè)以上的雙面打印4）圖表應(yīng)繪制于無(wú)格子的頁(yè)面上5）軟件工程類課題應(yīng)有程序清單，并提供電子文檔1）設(shè)計(jì)（論文）2）附件：按照任務(wù)書、開(kāi)題報(bào)告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）次序裝訂3）其它 40