鱼雷自动控制系统试卷及答案

鱼雷自动控制系统试卷1

一、概念题（每小题5分；共30） 1、鱼雷弹道的袋形深度 2、小扰动线性化 3、自由角 4、横舵管制 5、半实物仿真实验 6、捷联式惯导系统

二、简答题（每小题6分，共30分）

1、对没有横滚控制的鱼雷，试述鱼雷总统设计时重心侧移和重心下移的作用。

2、为了减小回旋横滚，往往将直鳍舵设计成什么样子？解释这种设计对回旋横滚的作用。

3、绘制鱼雷自动控制系统原理框图。

4、铰链力矩指什么？有什么作用？

5、简述回旋运动对深度误差的影响。 三、控制系统的状态方程为（20分）

⎪⎩⎪⎨

⎧=+=•CX

Y bU

AX X 其中，⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡--=1210061000A ⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡=001b ⎥⎥⎥⎦

⎤⎢⎢⎢⎣⎡=321x x x X []001=C

试用极点配置方法，确定反馈增益矩阵[]321k k k K =，使闭环系统的特征值为

2*

1-=λ，j +-=1*2

λ，j --=1*3λ 四、鱼雷横滚控制系统如下图所示：（20分）

图中，鱼雷横滚控制系统的开环传递函数为]

)[()

1()(0441212

001v A s J s s k v A k s G mx x mx ω

δδλ+++= 试用渐近稳定频域判据,求该非线性系统的渐近稳定条件。

答案

一、概念题（每小题5分；共30）

1、答：指鱼雷发射后的航行过程中跳离水面的现象。一般是不允许鱼雷跳水的，因为跳水不仅破坏了鱼雷的隐蔽性，而且也会影响某些部件工作可靠性。

2、在小扰动条件下，在“工作点”附近略去高阶小量，将物理过程的非线性关系简化为线性关系。

3、自由角指为了使鱼雷在设定深度上航行，必须保持平衡，可在鱼雷发射之前预先将横舵转动一个角度，这个预先设定的横舵角习惯上称为自由角。

4、管制指在鱼雷初始航行阶段，将横舵锁定在某一范围或一定的角度上。

5、所谓半实物仿真，就是将系统的一部分用实际装置，另一部分用数学模型在计算机省运行，并用适当的实验设备将实际装置于计算机连接起来。在鱼雷控制系统的半实物仿真实验中，一般控制装置采用实物，鱼雷运动的动力学特性采用失效模型在计算机上运行，再用运动模拟转台和深度伺服系统将两者连接起来。

6、捷联式惯性导航系统是一个信息处理系统，就是把鱼雷上安装的惯性仪表所

测量的鱼雷运动信息，经过计算机处理成所需要的导航和控制信息。计算的内容和要求，根据捷联惯导的应用和功能要求的不同而有很大的差别。 二、简答题（每小题6分，共30分）

1、答：重心侧移是双桨失衡的补偿措施，使重心侧移对纵轴的力矩抵消失衡力

矩；重心下移是为了增加鱼雷直航时的横滚稳定性，从而消除扰动所产生的横滚，但重心下移导致了回旋横滚。

2、答：设计成垂直鳍上小下大，垂直舵是上大下小。在鱼雷做回旋运动时，直鳍受到的流体动力指向回旋的方向，上小下大的直鳍受到的力矩与横滚力矩相反，而由于回旋是由于打舵产生的，直舵产生的流体动力与回旋方向相反，上大下小的舵受到的力矩也与横滚力矩相反。

3、

4、作用于舵面上的流体动力相对于舵面铰链轴的力矩通常称为铰链力矩。

鱼雷的舵面是由舵机进行操纵的，为了计算舵的强度和确定操纵鱼雷运动时舵机所应给出的力，需知道作用于舵面上的力和力矩。

5、当鱼雷在水面内作回旋运动时，会产生水平方向的离心力作用在鱼雷上，当

存在直航横倾时，这一惯性力并不垂直于直鳍平面。因此，其沿鱼雷立轴方向的分力方向向下，因此，破坏了无横倾时的平衡状态，使平衡攻角和平衡舵角都发生了变换。平衡舵角是由深控装置和设定的自由角给出的，而且自由角是在发射前预先设定的。设定时无法估计横滚角的确切值，一般只能按照无横滚情况设定。于是，当存在横滚角时，鱼雷就不能保持在设定深度上稳定航行。

对于装有惯性深控装置的鱼雷作水平回旋运动时，还可通过惯性深控装置的“耦合”使侧向运动对纵向运动产生影响而导致回旋过深。

三、（20分）

判断系统是否可控，即判断n b A AB B

rank n =-][1 是否成立，结果是系

统可控，故满足可配置条件。现计算系统的特征多项式：

s s s s s s

A sI 7218121006100det )det(23++=⎥⎥

⎥⎦

⎤⎢⎢⎢⎣⎡+-+-=-

进而计算

∏=++=++-++=-=3

12

3**

7218)1)(1)(2()()(i i s s s j s j s s s s a λ 于是，可求得

[]1466

4][2*

21

*

10

*

0--=---=a a a a a a k

再来技术变换阵

[

]

⎥⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎢⎣⎡=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=-001011211872118720118001001016100101001

2

1

2

21a a a b Ab b

A P ⎥⎥

⎥⎦

⎤⎢⎢⎢⎣⎡--=144181121010

0P

[][]122018614144181121010

014664--=⎥⎥

⎥⎦

⎤⎢⎢⎢⎣⎡----==P k k

于是，140-=k ，1861=k ，12202-=k

四、（20分）

由于开环传递函数为]

)[()

1()(0441212

001v A s J s s k v A k s G mx x mx ω

δδλ+++= 根据继电控制系统的频域判据：

第一条：如果0>n b 且11b s b n n ++- 的零点有负实部，则系统渐近稳定。由于这里0=n b ，不符合条件。

第二条：如果0=n b ，01>-n b ，12/-->n n n b b a ，且12b s b n n ++- 的零点有负实部，则系统渐近稳定。

可得

0)

(4410

>+λωx mx J v A 时闭环继电系统渐近稳定。