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無人機飛行控制系統(tǒng)仿真研究畢業(yè)論文-在線瀏覽

2024-08-08 18:51本頁面
  

【正文】 時,系統(tǒng)的響應(yīng)速度加快。對于系統(tǒng)的穩(wěn)定性來說,總體的趨勢是由強到弱。 (2)積分作用 積分調(diào)節(jié)與系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度密切相關(guān),加入積分能消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差,提高系統(tǒng)的跟蹤精度,但過大的積分作用會造成系統(tǒng)的超調(diào)。 (3)微分作用 微分調(diào)節(jié) 的主要作用是克服大慣性時間常數(shù)的影響,引入微分相當(dāng)子給系統(tǒng)引入一個動態(tài)阻尼,增大T,能夠減小系統(tǒng)的超調(diào)量,但系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時間會因此而變大。 從上述的分析可以看到,在PID參數(shù)的整定過程中,往往會遇到系統(tǒng)的穩(wěn)定性和系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)、動態(tài)性能之間的矛盾,最后只能在三者之間取一個折衷,很難滿足高精度、高性能的要求。首先將調(diào)節(jié)系統(tǒng)中調(diào)節(jié)器置成比例狀態(tài),然后把比例度 (即的倒數(shù))由大逐漸變小,直至出現(xiàn)等幅振蕩,此時比例度稱臨界比例度,相應(yīng)的振蕩周期稱臨界振蕩周期。 表32 臨界比例度法PID參數(shù)整定表 衰減曲線整定法 該方法是根據(jù)衰減頻率特性來整定PID控制器參數(shù)的。具體得參數(shù)整定規(guī)則如表33所 圖31 衰減響應(yīng)曲線 表33衰減曲線法PID參數(shù)整定表3無人機縱向系統(tǒng)的設(shè)計與仿真 從硬件上來看,無人機的飛控系統(tǒng)是由飛控計算機、測定裝置及伺服裝置三部分組成的。 測定裝置則主要負(fù)責(zé)測量無人機相關(guān)的狀態(tài)信息,一般無人機的測量裝置包括三軸向角速度陀螺、垂直陀螺、磁航向傳感器、氣壓高度和高度差傳感器、真實空速傳感器、攻角和偏航角傳感器、發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器等。一般來說,無人機的飛控系統(tǒng)通常包括俯仰、航向和橫滾三個控制通道,每個通道都由一個控制面來控制。為了便于飛控系統(tǒng)的設(shè)計,我們根據(jù)無人機沿縱向平面的對稱性,通??梢詫w行控制在一定條件下分為相對獨立的縱向控制通道和橫側(cè)向控制通道。橫側(cè)向控制通道可以穩(wěn)定與控制無人機的航向角、滾轉(zhuǎn)角和偏航距離等。考慮到控制角運動是控制軌跡運動的基礎(chǔ),我們在具體設(shè)計飛行控制律時也應(yīng)該先從控制角運動入手,首先保證角運動控制回路的性能,然后在此基礎(chǔ)上進(jìn)行軌跡運動控制回路的設(shè)計。(1)控制結(jié)構(gòu) 整個俯仰角控制系統(tǒng)的原理結(jié)構(gòu)如圖所示。其中內(nèi)回路中的俯仰角速率信號由俯仰角速率陀螺提供;外回路中的俯仰角信號由垂直陀螺提供。 通常,我們還在需要加入俯仰速率先付以限制過載;在俯仰角指令入口處,要加上俯仰角限幅;如引入俯仰角加速度的話,還可以達(dá)到提高系統(tǒng)穩(wěn)定性的目的。洗出網(wǎng)絡(luò)的作用就是在飛機穩(wěn)態(tài)拉起時或等高盤旋時(因此存在一個穩(wěn)態(tài)的分量),阻尼器信號除掉。圖中,為給定的指令信號,為垂直陀螺所測得的俯仰角信號,為俯仰角速率陀螺所測得的俯仰角速率信號信。從頻率特性來看,高通網(wǎng)絡(luò)是一個阻低頻通高頻的網(wǎng)絡(luò),同時它也是一個能提供相位超前的網(wǎng)絡(luò),因此,我們就可以把高通濾波器看成是一個微分網(wǎng)絡(luò)。我們在后面的無人機縱向飛行控制律的仿真中,一律取。由于積分是一個連續(xù)累加的過程,所以信號的積分值可能會達(dá)到一個很大的值,這會給系統(tǒng)帶來意想不到的結(jié)果。另一方面,當(dāng)被積信號開始減小時,如果積分值很大的話,則需要花很長時間才能使其降到正常值,我們一般把這種現(xiàn)象稱之為積分飽和。另一個可行的方法是限制積分的累加,當(dāng)積分值達(dá)到某一個值時就恒等于當(dāng)前值,即所謂的積分限幅。(2)控制律參數(shù)的選取 本章中,無人機的縱向運動都是通過升降舵來完成自動控制的,因此,我們可以將其縱向運動的自動控制系統(tǒng)看成是一個單通道,這樣就便于我們運用相關(guān)經(jīng)典控制的理論對系統(tǒng)進(jìn)行分析和設(shè)計。一般來講,選擇這些參數(shù)主要有兩種方法:第一種方法是綜合考慮所有回路中的參數(shù),一次選定。本文中,我們將采用后一種方法,即先設(shè)計阻尼回路,確定參數(shù),然后以此為基礎(chǔ)設(shè)計姿態(tài)角控制回路,進(jìn)而確定PID參數(shù)的值。已知該無人機在E點處的狀態(tài)方程和輸出方程可表示: ,式中 (44) 因此,并且有??梢?,為了增加該無人機的機動性,飛機的設(shè)計者將其設(shè)計成了靜不穩(wěn)定的,因此必須加入飛行自動控制系統(tǒng)才能保證飛機的穩(wěn)定飛行。從這一個方面我們就可以看出,針對該高空弱阻尼無人機而言,加入角速率反饋回路是必須的。根據(jù)上圖,我們就可以利用MATLAB提供的rlocus函數(shù)根據(jù)系統(tǒng)阻尼回路的開環(huán)傳函畫出其根軌跡圖。 (高高空E點) 由圖可知,一開始隨著的增大,阻尼回路中的一對共扼復(fù)根的振蕩阻尼得到了明顯的改善,(即圖中黑色小方塊所在位置)。通過對根軌跡的分析,我們可以知道,并非越大
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