采用超前滞后补偿方案某型鱼雷航向控制系统设计答辩稿

T3T4T s 4 (T3T4 T3T T4T )s3 (T3 T4 T )s 2 (1 K r K )s K r K
8
某鱼雷的特征方程为:
4 30 3 206.3 2 719.68 1688.25 0
求解得:
13
下面的程序是用超前补偿的Bode图方法求解鱼雷航向系统超前补 偿器的源程序： （1）Bode图程序： >> Kr=10.29;Td=0.05;
是未来海战有效的反潜武器，因此得到世界各国海军的青
睐。 鱼雷航向控制系统是鱼雷精确制导的关键，本文采用超 前补偿方案对某型鱼雷航向控制系统设计。
3
鱼雷自动控制系统概述
1.鱼雷自动控制系统的工作原理及组成
（1）鱼雷自动控制系统原理框图如下图所示
控制部分（自动驾驶仪）
（2）鱼雷自动控制系统主要组成
被控对象（鱼雷）
4
控制部分组成： 指令装置（输出控制目的要求的主令信号）
敏感元件（测量参数实际值、转换信号、比较设定信号） 信号处理器（处理敏感元件输出的指令信号） 伺服机构（对信号处理器输出Leabharlann Baidu控制信号进行放大） （3）鱼雷自动控制系统的工作原理
敏感元件 鱼雷实际运动参数 相应信号 设定值
当鱼雷偏离规定的战术基准弹道时，即产生偏差信号，通过 信息处理器放大信号，得到符合控制规律要求的信号，操纵伺
求得：e1.395ts
5%
， ts
3 3 2.15s a 1.395
9
2.频率特性分析： 根据上述开环传递函数表达式，可得系统的开环频率特性： KrK j 1 G( j ) j T 3 j 1 T 4 j 1 T j 1
（1）稳定性（反映系统在 t 时的渐进性和有限时间内的收敛性）
6
鱼雷航向控制系统组成及原理
航向控制系统的主要任务是稳定和控制鱼雷的航向
航向控制原理框图 航向陀螺（测量元件） 舵机回路 、直舵 鱼雷 调节器 执行器 被控对象
航向控制系统
7
鱼雷航向控制系统性能分析
1.过渡过程分析： 某型鱼雷航向控制系统开环传递函数：
根据以上分析，再次表明，舵机时间常数 Ts 对航向系统产生不利影响， 使其动态性能指标下降；增益 K r 值有一个临界值，当其大于临界值时，系统 将变得不稳定。为了保证一定的动态性能指标，K r 值一般不适宜选的过大。
11
系统方案设计
本设计选用超前补偿控制器对某型鱼雷航向控制系统设计
串联超前校正系统结构图
服机构使舵面产生相应偏转。当控制信号为零，舵面回到平衡，
鱼雷按所需要求的弹道航行。
5
自动控制系统的一般性能指标：
（2）稳态精度（反映控系统的准确性，用稳态误差表示，即系统
输出稳态响应的期望值与实际值之差） （3）调整时间（反映系统响应过程的快速性，取决于正确的选择 控制规律） （4）超调量（系统的主要动态性能指标，表示系统响应过程的稳 定性）
（度） c
10
270o
由图可知，系统的频域特性指标为：
截止频率：
c=2.95 ；
c=35
相角裕度：
用经验公式可以估算系统响应单位阶跃函数的过渡过程性能指标：
最大超调量： p 0.16 0.4(Mr 1) 45.6% ；
过渡过程时间： ts
2 2 1.5 Mr 1 2.5 1 4.77 s c
超前补偿控制器传递函数： 式中：Kc为开环增益，T为时间常数， 根据相角裕度求得
设计步骤：
（1）根据给定稳态误差的要求，确定系统的开怀 增益Kc。 （2）根据已确定的开环增益Kc，求出相位裕度 PM。 （3）根据给定的相位裕度PM，计算校正装置所 提供的相位超前量δ （4）根据所确定的最大超前相角PM，求出相应 的 值。 1 T （5）求校正装置的时间常数: m （6）得到校正装置传递函数：
对于某型53口径鱼雷，当 时，航向系统的开环对数频率特性曲线如 图所示：
L(dB)
20dB / dec 40dB / dec
20
20dB / dec
0 0.1
0.68
1
2.86
c
9.35 10 40dB / dec
20

h(dB)
20
60dB / dec
（度）
0

90o
180o
西北工业大学明德学院本科毕业设计论文答辩
采用超前/滞后补偿方案 某型鱼雷航向控制系统设计
答辩人：
指导教师： 2014.06.16
1
答辩提纲
选题背景
鱼雷自动控制系统概述 鱼雷航向控制系统 系统方案设计 结论 致谢
2
选题背景
鱼雷是现代海战中的主要攻击型武器,具有速度快、航
程远、隐蔽性好、命中率高和破坏威力大等特点。由于鱼 雷在水中的精确制导，鱼雷在水下的作战地位越来越高，
G (s)
闭环传递函数：
Kr K ( s 1)
s(T3 s )(T4 s 1)(T s 1)
G (s)
K r K ( s 1) K r K ( s 1)
s(T3 s )(T4 s 1)(T s 1) K r K ( s 1)
1 21.93, 2 5.28, 3,4 1.395 i3.554
特征方程有两个实根，以指数的形式衰减，其动态特性主 要由共额复根决定，即
(t ) A1e21.93t A2e5.28t A5e1.395t (sin 3.554t ) A5e1.395t (sin 3.554t a ) 21.93t B2e5.28t e1.395t B5 sin(3.554t 1 ) e1.395t B5 sin(3.554t b ) (t ) B1e 21.93t 5.28t 1.395t 1.395t ( t ) C e C e e C sin(3.554 t ) e C5 sin(3.554t c ) 1 2 5 1 r