哈工大飞行器控制大作业

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1、实验三：加速度指令跟踪控制系统控制器的设计一、实验内容加速度指令跟踪控制系统框图如下图所示，其中I为内回路的控制器，C为外回路控制器。????、????、????分别为为舵系统、陀螺仪和加速度计，设计系统时可选为二阶环节或者都为1即可。??1、??2分别为从升降舵舵偏角到弹体俯仰角速率和法向加速度的传递函数，具体环节由所给实验数据求出。nycδδznyzcC(s)IGd(s)G2(s)ϑϑgGg(s)G1(s)naGa(s)仿真时把????、????、????都当做1，??1、??2由公式求出后，设计控制

2、器C和I，以求系统可以跟踪上单位阶跃信号，满足性能指标，并观察曲线得出结论。二、实验公式及数据??1(??)、??2(??)的公式为：−??3??+??2??5−??3??4??1(??)=2??+(??1+??4)??+??1??4+??2??????2+??????+????−????5152534??2(??)=∙2????+(??1+??4)??+??1??4+??2公式中各个系数所对应的数据见下表：H/km1.0674.5268.2114.288V/m/s546.9609.2701.5880.3a1

3、1.4880.1320.77480.3528a2104.791.9776.5146.44a366.5454.9341.5221.59a41.2961.1260.90.514a50.1290.1060.0760.036三、实验指标实验所要求的频域和时域指标如下:幅值裕度≈10dB相角裕度≥45°超调量<20%上升时间≈0.2s四、设计过程最初，本想用sisotool工具进行设计，可是试验了多次之后都失败了，最后还是决定用比较熟悉的Simiulink框图的方法进行设计以及调试。首先应先求出??1(??)、??2(

4、??)的具体传递函数。以第一列实验数据为例。由第一列实验数据求出??1、??2的具体形式为：−66.54??−72.72954??1(??)=2??+2.784??+106.6284480.129??2+0.191952??−72.72954??2(??)=55∙2??+2.784??+106.628448初步设想设计外环控制器C为PID控制器，内环仅采用比例控制，系统的Simiulink框图如下图所示：此时，得到的系统时域及频域图像如下：可以看出，在未加任何校正环节的情况下，系统的时域响应是发散的，很不稳定

5、。由开环Bode图可以看出，此时系统根本就没有穿越0db线，没有剪切频率，高频也没有衰减，导致系统还没有进行工作就已经不稳定了。因此系统需要添加控制器，通过控制器的校正使系统能在工作频率内处于稳定状态。初步设计加入PID控制器。加PID控制器的原因有：（1）在Simiulink中，PID控制器调试非常的方便；（2）P控制器可以使系统的开环Bode图向上平移，增加系统的带宽；（3）I控制器可以提高系统的型别，起到消除稳态误差的作用；（4）D控制器起到了增加阻尼的作用，可以提高系统的相对稳定性。因此，PID控制器

6、虽然结构简单，但是作用不容小觑。经过反复调试PID的参数，初步定为：P=0.06I=−1.1D=0.01在此参数下得到系统的的单位阶跃响应图像如下图，可见此时系统的响应速度很快，但是超调量很大，振荡次数很多，向下的过冲也很大，明显不符合实验指标要求。根据现在的结果，需要增加环节滤去系统中比较高频的分量，让系统的变化更加平稳光滑。因此，为了滤去系统中比较高频的分量经过反复尝试，最后在内环的前向通道加了一个惯性环节：加入这个惯性环节，相当于让系统的带宽降低，使高频段被及时的衰减，此时，系统的时域响应和频域响应都有

7、很大的好转。最终，系统仿真的Simiulink框图如下图所示：??20图中这个地方原来应为，在55左右，变为20就相当于加入了一个比例环节。??55其中，内环的参数及结构为：PID的具体参数为：五、试验结果及分析试验仿真得出的时域跟踪结果有过载输出，与事先预想的一样，具有非最小相位特性。产生此现象的物理原因为：若使导弹产生正方向的法向过载，需要舵偏角负偏，产生正的攻角，使导弹抬头。而舵偏转的速度非常快，远快于导弹攻角变化的速度。也就是舵已经很快地负偏，但是攻角还没有建立起来。因为舵负偏，产生了一个负的法向过载

8、。所以阶跃响应是先向反方向变化。当攻角逐渐地建立起来，攻角产生的正过载，抵消了舵负偏产生的负过载。攻角逐渐地变大，最终到达所需位置，跟踪上过载指令。由实验结果可以看出，此时系统的性能指标为：超调量在20%左右调整时间不到2s上升时间为0.5s实验结果比实验要求的指标要大一些，但基本符合要求。时域响应有明显的过载现象。与在前没有加入惯性环节相比，系统的性能有了很大的提升。时域指标基本满足之后，观察频域