自动控制实例

K
Ω
= K 4K 5K K T
Ω m
m
K K 4K 5K m = 3 K 5 T m s 2 + s + K 4K 5K m
2 ωb K3 = 2 K 5 ( s 2 + 2ξ b ω b s +ω b )
ω b=
1 ξ b= 2
1 T mK
Ω
当陀螺转子轴以单位阶跃输入时，可计算稳 态时光轴与基准方向的夹角：
4、同轴式导引头跟踪系统分析 简化回路的跟踪误差:
T′ & ∆q = q(s) T ′s + 1
当输入目标视线q为单位斜坡函数时,可计算稳态时 的导引头回路的输出信号和稳态跟踪误差. 根据终值定理:
I
y ( ∞ ) = lim s → 0
s⋅
K 1 ⋅ = K T ′s + 1 s T ′ 1 ⋅ = T ′ T ′s + 1 s
框架力矩 产生器 测角 电位器
us u光
k4
Km s(T ms +1)
k5
q光
u 光 (s) ω W s( s ) = = 2 u s(s) s + 2ξ a ω a s + ω
2 a
K
2 a
Ω
= K 4K 5K K T 1 2
Ω m
m
ω a= ξ a=
1 T mK
Ω
3、伺服连接式导引头跟踪状态方块图
I y ( ∞ ) = lim s ⋅ I y ( s ) ⋅
s→ 0
1 H & = q s K2
2 K3 ωb 1 K3 q 光 ( ∞ ) = lim s = 2 2 s→0 K 5 ( s + 2ξ bω b s +ω b ) s K 5
跟踪系统误差传递函数：
W ∆ q( s ) = ∆q (s) s (1 + T m s ) = q 陀 ( s ) s (1 + T m s ) + K 4 K 5K m
实例1：飞行器滚动稳定回路
2、角位置陀螺仪和角速度陀螺仪滚转角稳定回路
δr
γ&
γ
积分
角速度 陀螺
x
弹体
δ r'
校正 网络 陀系统 放大器 角位置 陀螺 放大器
由测速陀螺仪组成的反馈回路起阻尼作用， 使系统具有良好阻尼特性；由自由陀螺仪陀螺仪 K 组成的反馈回路稳定飞行器滚转角。 s (T s +1)
H K r T 1H K 0 K 1K 2 K 1 2
& q(s)
r
其中:
K = T =
r
ξ =
H T 1K 0 K 1 K 2 K
r
由于电子线路的时间常数较小,如0.0025s,回路传 递函数可进一步简化为: K & I y= q (s) T ′s + 1 其中:
H T′ = K 0K 1K 2 K r
输入量（给定量）：给定转速 输出量（被控量）：实际转速
常用绘图元件
TG
M
实例4、同轴式导引头跟踪回路
1、同轴式导引头跟踪回路框图
q
I
光学系统 调制器 探测器 误差信 号处理 推挽 放大器
g
q驼
陀螺仪 力矩 产生器 同轴式导引头跟踪回路框图
系统的输入信号:目标视线相对于基准线的夹角q, 系统的输出信号:误差信号处理电路的电信号Ig. 反馈信号:光学系统轴相对于基准线的夹角q驼.
q陀 q光
陀螺测角 电位器
u光
放大 电路
框架力矩 产生器
Km s(T ms + 1)
框架测角 电位器
q陀
k3
u光
k4 k5
Km s(Tms+1 )
q光
q陀
K3*k4
q光
Km s(T ms +1)
q光
K5/K3
W g( s ) =
q 光 (s) K 3K 4 K m = q s ( s ) T m s 2 + s + K 4K 5K m
3、同轴式导引头跟踪系统方块图
q
K
0
Ig
K
2
1 Hs
K
r
同轴式导引头跟踪回路方块图
系统传递函数：
K 0 K 1K 2 Hs wp= = q(s) T 1Hs 2 + Hs + K 0 K 1K 2 K I g(s)
r
I y=
K 0 K 1K 2 H T 1Hs 2 + Hs + K 0 K 1 K 2 K = K & q(s) 2 Ts + 2 ξ Ts + 1
∆ q ( ∞ ) = lim
s → 0
s⋅
实例5、伺服连接式导引头随动系统
1、伺服连接式导引头跟踪回路框图
光学 系统 光电 转换 放大 电路 陀螺力矩 产生器 陀螺仪 放大 电路 框架力矩 产生器 测角 电位器
伺服连接式导引头回路方块图
2、伺服连接式导引头搜索状态方块图
us
u光
us
q光
放大 电路
2、同轴式导引头跟踪系统方程 1)红外探测器: 2)误差处理电路: 3)推挽放大器:
u 1 = K 0∆ q
u 2(s) K1 = u 1( s ) T 1s + 1
I y( s ) u 2(s) =K
2
4)陀螺电机:
M
cp
(s)
I y( s )
5)陀螺:
=K
r
q 驼 (s) 1 = M CP ( s ) Hs
Hale Waihona Puke 当陀螺转子轴已单位阶跃输入时，系统的稳 态误差：
∆ q 光 ( ∞ ) = lim s
s→ 0
s (1 + T m s ) 1 1 = s (1 + T m s ) + K 4 K 5K m s K 4 K 5K m
ξ 当 ω 较大， 较小时，可降低系统的稳态误差。
b b
4、伺服连接式导引头系统分析
重力补偿 给定高度
自动 驾驶仪
法向 过载
固有 积分
实际高度
高度表
实例3、单闭环速度控制
M
TG
单闭环速度控制由给定环节、速度调节器、功率放大器 、执行电机以及速度反馈环节组成。
单闭环速度控制原理框图
调速器 给定转速
功率 放大器
电机 实际转速
测速 电机
被控对象：电机 控制器：调速器 执行机构：功率放大器 测量元件：测量电机
q
L
I
K1
q光
K 4K m s (T m s + 1)
K 2K Hs
3
y
K5
qL
q光
I
K1
K 2K 3 Hs
y
K 4K m T ms 2 + s + K 4 K 5K m
(T ms 2 + s + K 4K 5K m) Hs & I y= q( s) 3 2 T mHs + Hs + K 4K 5K ms + K 1K 2K 3K 4K m
实例1：飞行器滚动稳定回路
1、角位置陀螺仪和校正网络滚转角稳定回路
δr
弹体
γ
δ r'
陀系统 校正 网络 放大器 角位置 陀螺
在常值扰动舵拖偏角δ r 作用，稳态将以转速 K dx δ γ 旋转，滚转角 γ 将线性增加，所以要保持滚转角位置的 稳定，采用开环控制是不行的。 在不引入校正装置的条件下，要使滚转回路满足各项 性能指标的要求是不可能的，为此必须考虑引入校正 装置。
DX DX
实例1：飞行器滚动稳定回路
3、角速度陀螺仪和积分器滚转角稳定回路
δr
弹体
γ
δ r'
陀系统 校正 网络 比例 积分器 角速度 陀螺
由自由陀螺仪质量、结构复杂、耗电多、启动时间长 （1分钟），而测速陀螺仪结构简单，启动时间长仅3-5 秒（高压启动），得到广泛应用。
实例2：飞行器高度控制系统