时域设计

两组车轮的速度差
(a)双轮组漫游车的转向控制系统
(s a ) (s 1)
控制器 Gc(s)
动力传动系统 与漫游车G(s)
K1 s(s 2)(s 5)
(b)结构图
C(s)
图2-8火星漫游车
设计目标是选择参数K1与a，确保系统稳定， 并使系统对斜坡输入的稳态误差小于或等于 输入指令幅度的24%。
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C(s) 角度
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例2-2 哈勃太空望远镜指向控制
例-2 哈勃太空望远镜指向控制
星光
航天飞机
跟踪与 数据中继 卫星系统
地面站
图2-5太空望远镜
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例2-2 哈勃太空望远镜指向控制
图2-5所示哈勃太空望远镜于1990年4月 14日发射至离地球611公里的太空轨道，它的 发射与应用将空间技术发展推向了一个新的 高度。望远镜的2.4m镜头拥有所有镜头中最 光滑的表面，其指向系统能在644公里以外将 视野聚集在一枚硬币上。望远镜的偏差在 1993年12月的一次太空任务中得到了大规模 的校正。
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要求选择K，使输入的响应满足要求，并使扰动引起的稳态误差较小
钻机在推进过程中，为了保证必要的隧 道对接精度，施工中使用了一个激光导引系 统，以保持钻机的直线方向。钻机控制系统 如图2-1所示。 N(s) G(s) 图中，C(s)为钻机 钻机 R(s) + E(s) 1 向前的实际角度， K+11s s(s 1) 预期 + R(s)为预期角度， 角度 N(s)为负载对机器 图2-1 钻机控制系统 的影响。 该系统设计目的是选择增益K，使系统 对输入角度的响应满足工程要求，并且使扰 动引起的稳态误差较小。
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第 2讲 控制系统时域设计
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1ຫໍສະໝຸດ Baidu
设计实例
例2-1 海底隧道钻机控制系统 例2-2 哈勃太空望远镜指向控制 例2-3 火星漫游车转向控制
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例2-1 海底隧道钻机控制系统
例2-1 海底隧道钻机控制系统 连接法国和英国的英吉利海峡海底隧道 于1987年12月开工建设，1990年11月，从 两个国家分头开钻的隧道首次对接成功。 隧道长37.82公里，位于海底面以下61m。 隧道于1992年完工，共耗资14亿美元，每 天能通过50辆列车，从伦敦到巴黎的火车 行车时间缩短为3小时。
发出的路径控制信号r(t)实施遥控。漫游车
的两组车轮以不同的速度运行，以便实现整
个装置的转向。
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例2-3 火星漫游车转向控制
操纵 调速阀门
漫游车转向控制 系统及其结构图 如图2-8所示。
R(s) + 预期的 转动方向 -
动力传动系统 和控制器
车轮力矩 右
左 漫游车
C(s) 漫游方向
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例2-3 火星漫游车转向控制
例2-3 火星漫游车转向控制
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例2-3 火星漫游车转向控制
1997年7月4日，以太阳能作动力的“逗
留者号”漫游车在火星上着陆，其结构如图
3-56所示。漫游车全重10.4kg，可由地球上
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例2-2 哈勃太空望远镜指向控制
哈勃太空望远镜指向系统模型如图2-6（a） 所示， 扰动
R(s) 指令 + 放大器 Ka + N(s)
+
望远镜 动力学
1/s2 K1s
C(s) 指向
经简化后的结构图如图2-6（b）所示。
R(s) + 2014年10月22日 E(s) Ka +
N(s) +
G(s) 1 s(s K1 )
C(s)
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例2-2 哈勃太空望远镜指向控制
R(s) + E(s) + N(s) +
Ka
1 s(s K1 )
G(s)
C(s)
设计目标是选择放大器增益Ka和具有增益调 节的测速反馈系数K1，使指向系统满足如下 性能： （1）在阶跃指令r(t)作用下，系统输出的超 调量小于或等于10%； （2）在斜坡输入作用下，稳态误差达到最小； （3）减小单位阶跃扰动的影响。