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1、目 录1设计分析11.1系统分析11.1.1系统时域分析21.1.2系统频域分析31.2二阶系统性能改善方法选择31.2.1比例-微分控制（PD控制）41.2.2测速反馈控制41.2.3校正选择52设计方案52.1校正后的系统结构图52.2系统参数的选取62. 3校正前后的系统比较83心得体会9参考文献10飞行器控制系统设计1设计分析1.1系统分析系统的开环传递函数为:G(S)=450KS(S +361.2)系统的静态速度误差系数为Kv = lim sG(S)=504500K_ 4500KS(S +361.2) 361.2由控制系统的时域性能指标要求，单位斜坡输入的稳态误差氐0.000443o
2、 系统的稳态误差为1361.2=186.67取 K = 200 ,则系统开环传递函数为G(S) =900000S(S + 36L2)系统的Simulink仿真图如图1-1 图11系统的Simulink仿真图系统的闭环传递函数为:(S) =900000S2 + 361.2S +9000001.1.1系统时域分析可以通过Simulink中的示波器察其单位阶跃响应。也可以通过Mat lab编程 得到其单位阶跃响应波形。程序如下：%绘制单位阶跃响应曲线Num=900000;den=l ,361.2,900000;step(Num,den);grid;xl abel Ct) ;yl abel (，c(t
3、y);titled校正前系统的单位阶跃响应)；系统单位阶跃响应如图l-2o由系统单位阶跃响应曲线，可以得到系统的时域性能指标：最大超调量o%=54%5上升时间tr = 0.0013s 0.00 &ft JEW系统单位阶狀响腕图1-2系统单位阶跃响应由单位阶跃响应曲线，可以看出系统在阶跃输入下还是可以稳定输出的，但 是超调量比较大，有较大的振荡，上升时间满足指标要求，超调量和调节时间均 不满足系统指标要求。1.1.2系统频域分析利用Mat 1 ab编程绘制系统的Bode图，程序如下：%绘制系统Bode图G=tf(900000,l 361.2 0);figure(l)margin(G); grid
4、gm,pm,wg,wp=margin(G);系统Bode图如图1 -3。由系统Bode图，可以得到系统的频域性能指标：相位裕量y=21.5o 80幅值裕度s截止频率wc = 915rad / ss apnc卑5090可见此系统并不满足指标要求。所以我们要加入相关环节，改善系统的性能。Bode DiagramGm = hf dB (at Inf rad sec), Rn = 21.5 deg (at 915 rad丿sec)总 p)180101 102 103 Frequency (radsec)图1-3系统Bode图io41.2二阶系统性能改善方法选择在改善二阶系统性能的方法中，比例-微分控制
5、和测速反馈控制是两种常用 的方法。这个两种方法均能使系统的阻尼比增大而自由频率不变，从而使系统的 稳定性增强，下面对这两种方法做进一步的分析。1.2.1比例-微分控制(PD控制)比例-微分控制系统的二阶系统图如图1-4所示。图1-4比例-微分控制系统的二阶系统由方框图我们可得系统的开环传递函数为：G(S)= + l)S(S/2 + l)式中K二叫/2歹，称为开环增益。若令z = l/I；,则系统的闭环传递函数为:4 = + v/2z由上面两个式子表明，比例一微分控制系统不改变系统的自然频率，但可增 大系统的阻尼比。由于？与叫均与K有关，所以选择适当的开环增益和微分器 时间常数，既可以减小系统在
6、斜坡输入时的稳态误差，乂可以使系统在阶跃输入 时有满意的动态性能。1.2.2测速反馈控制测速反馈控制系统的二阶系统图如图1-5所示。图1-5测速反馈控制系统的二阶系统由图5可知，系统的开环传递函数为:G(S) =12歹+匕陋SS / (2现+ K戒)+ 1式中开环增益为:相应的闭环传递函数为:其中匕186.67取 K = 200,1； =0.002则系统的开环传递函数为G(S) =1800S + 900000S?+3612S系统的闭环传递函数为(S) =1800S + 900000S2 + 2161.2S + 900000通过Matlab编程得到其单位阶跃响应波形。程序如下: %绘制单位阶跃响
7、应曲线Num=l 800)00000; den=l,2161.2)00000; step(Num,den);grid;xlabel(t);ylabel(c(t);title(校正后系统单位阶跃响应*);系统单位阶跃响应如图2-2。校正后系统单位阶跃响应图2-2校正后系统的阶跃响应曲线由校正前系统单位阶跃响应图像，可以得到系统的时域性能指标: 最大超调量O%=2.67%V%5上升时间tr= 0.0019s 0.005s调节时间t = 0.0038s 8060Bede DiagramGm = Inf. Pm = 85.9 deg (at 1.83e+O03 radsec)402002090-929
8、49698/1001011O21O3Frequency (radsec)图2-3校正后系统的Bode图2.3校正前后的系统比较io4将校正前后系统的单位阶跃响应绘制在一张图上，如图24。Matlab程序如下:Gl=tf(900000J1361.2)00000)t=0:0.00001:0.4yl=step(Gl,t);G2=tf(1800,900000,1,2161.2,900000)y2=step(G2,t);plot(t,yl,J；t,y2);gridxl abel (t*) ;yl ab el (*c(t) *);titled校正前后单位阶跃响应对比图)；text(0.005,1.4/ 校
9、正前 r);text(0.002J.0/校正后1.6校正冊后单位阶跋响应对比图图2-4校正前后系统的单位阶跃响应曲线系统加入了 PD环节,系统的动态性能取得了明显的改善，超调量大大减少， 上升时间然也缩短，符合系统的性能指标要求3心得体会自动控制技术已广泛应用于制造业、农业、交通、航天及航空等众多产业部 门，极大地提高了社会劳动生产率，改善了人们的劳动环境，丰富和提高了人们 的生活水平。在今天的社会生活中，自动化装置无处不在，为人类文明进步做出 了极大的贡献。这次自动控制原理课程设计中也让我了解到了自动控制在多方面 的应用。平常我们上自动控制原理课时，老师讲的都是理论知识，没有试验的验证与 对比，在这次自动控制原理课程设计中，就暴露出了一些问题。我开始在做飞行 器控制系统设计时，按部就班的套用书上的公式，算完系统开环传递函数时
