武汉理工大学自动控制课设-飞行器控制原理

课程设计任务书

学生姓名： 葛尧 专业班级： 自动化1201

指导教师： 谭思云 工作单位： 自动化学院

题 目: 飞行器控制系统设计 初始条件：

飞行器控制系统的开环传递函数为：

)

2.361(4000)(+=s s K s G 控制系统性能指标为调节时间s 008.0≤，单位斜坡输入的稳态误差00044

3.0≤，相角裕度大于85度。

控制系统性能指标为调节时间s 008.0≤，单位斜坡输入的稳态误差000443.0≤，相角裕度大于85度。

要求完成的主要任务: （包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）

（1） 设计一个控制器，使系统满足上述性能指标；

（2） 画出系统在校正前后的奈奎斯特曲线和波特图；

（3） 用Matlab 画出上述每种情况的阶跃响应曲线，并根据曲线分析系统的动态性

能指标；

（4） 对上述任务写出完整的课程设计说明书，说明书中必须写清楚分析计算的过

程，给出响应曲线，并包含Matlab 源程序或Simulink 仿真模型，说明书的格

式按照教务处标准书写。

时间安排：

（1） 课程设计任务书的布置，讲解 （半天）

（2） 根据任务书的要求进行设计构思。（半天）

（3） 熟悉MATLAB 中的相关工具（一天）

（4） 系统设计与仿真分析。（三天）

（5） 撰写说明书。 （二天）

（6） 课程设计答辩（半天）

指导教师签名： 年 月 日

系主任（或责任教师）签名： 年 月 日

目录

绪论 (1)

1 串联滞后-超前校正原理 (2)

2 飞行器控制系统的性能指标 (3)

3 求出校正前系统稳定情况 (4)

3.1校正前系统的伯德图 (4)

3.2校正前系统的奈奎斯特曲线 (4)

3.3校正前系统的单位阶跃响应曲线 (5)

3.4校正前系统的根轨迹 (7)

4 基于伯德图的滞后–超前校正 (8)

4.1确定滞后-超前校正的相关参数 (8)

4.1.1校正后截止频率 (8)

4.1.2滞后-超前校正中的Β值 (8)

4.1.3滞后-超前校正中滞后部分的参数 (9)

4.1.4滞后-超前校正中超前部分的参数 (9)

4.1.5滞后-超前网络的传递函数 (9)

4.2校正后系统的伯德图及其裕度 (9)

4.3校正后系统的奈奎斯特曲线 (11)

4.4校正后系统的阶跃响应 (11)

4.5校正后系统的根轨迹 (13)

5 系统校正前后性能的比较 (14)

5.1系统校正前后系统的伯德图比较 (14)

5.2系统校正前后系统的奈奎斯特曲线比较 (15)

5.3系统校正前后系统的阶跃响应比较 (16)

5.4系统校正前后系统的根轨迹比较 (17)

6 课程设计小结 (18)

参考文献 (19)

本科生课程设计成绩评定表 (20)

绪论

自动控制技术已广泛应用于制造业、农业、交通、航空及航天等众多产业部门，极大地提高了社会劳动生产率，改善了人们地劳动环境，丰富和提高了人民的生活水平。

在现代科学技术的众多领域中，自动控制技术起着越来越重要的作用。所谓自动控制，是指在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置，使机器设备或生产过程的某个工作状态或参数自动地按照预定的规律运行。例如，数控车床按照预定程序自动地切削工作；化学反应炉的温度或压力自动维持恒定；雷达和计算机组成的导弹发射和制导系统，自动地将导弹引导到敌方目标；无人驾驶飞机按照预定航迹自动升降和飞行；人造卫星准确地进入预定轨道运行并回收等，这一切都是以应用高水平的自动控制技术为前提的。

根据被控对象及给定的技术指标要求，设计自动控制系统，既要保证所设计的系统有良好的性能，满足给定技术指标的要求，还要考虑方案的可靠性和经济性。本说明书介绍了在给定技术指标下，对飞行器控制系统的设计。为了达到给定要求，主要采用了串联滞后-超前校正。

在对系统进行校正时，采用了基于伯德图的串联滞后-超前校正，对系统校正前后的性能做了分析和比较，并用MATLAB进行了绘图和仿真。

飞行器控制系统设计

１串联滞后-超前校正原理

超前校正的主要作用是增加相角裕量，改善系统的动态响应特性。滞后校正的主要作用是改善系统的静态特性，两种校正结合起来就能同时改善系统的动态和静态特性特性。滞后超前校正（亦称PID 校正）综合了前面两种校正的功能。

滞后超前校正的传递函数为： )1)(1()1)(1()(2121s T s T s T s T s Gc ββ

++++= （１） 它相当于一个滞后校正与一个超前校正相串联。

滞后－超前校正的频率设计实际是超前校正和滞后校正频率法设计的综合，基本方法是利用滞后校正将系统校正将系统校正后的穿越频率调整到超前部分的最大相角处的频率。

基于频率法的滞后超前校正的综合步骤是：

（1）根据稳态性能指标，绘制未校正系统的伯德图。

（2）选择校正后的截止频率c ω：若性能指标中对系统的快速性未提明确要求时，一般应对00180)(-=∠ωj G 的频率作为c ω，c ω取得小，降低了对超前部分的要求，但降低了快速性；反之，则需要更大的超前相角，难以实现。

（3）确定校正参数β：β由超前部分应产生的超前相角φ而定，即β=ϕ

ϕsin 1sin 1-+ 。 （4）确定滞后校正部分的参数2T ：一般c T ω10

112=，以使滞后相角的控制在-50以内。 （5）确定超前部分的参数1T ：过（c ω，-20lg )(0c j G ω）,作20dB/dec 直线，由该直线与0dB 线交点坐标（1T β）或与-20lg β线交点（1

1T ）确定1T 。 （6）将滞后校正部分和超前校正部分的传递函数组合在一起，即得滞后-超前校正的传递函数。

（7）绘制校正后的伯德图，检验性能指标。