采用超前滞后补偿方案某型鱼雷航向控制系统设计Word格式.docx
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采用超前滞后补偿方案某型鱼雷航向控制系统设计Word格式.docx
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一.题目
采用超前/滞后补偿方案某型鱼雷航向控制系统设计
二、指导思想和目的要求
通过毕业设计使学生对所学自动化基本知识和理论加深理解,掌握控制系统设计的基本方法,培养独立开展设计工作的能力。
要求在毕业设计中:
1.了解鱼雷航向运动的特征及对控制系统的要求,使用MATLAB软件设计采用超前/滞后补偿方案的某型鱼雷航向控制系统;
2.开展控制系统方案论证,建立系统数学模型,使用MATLAB软件进行鱼雷航向控制系统分析;
3.设计控制规律,进行参数计算和选择;
4.进行数学仿真,验证设计;
5.撰写毕业设计论文。
三、主要技术指标
1、相稳定裕度Pm≥45°
2、超调<25%
3、过渡过程时间≤2s
4、无静差。
四、进度和要求
1.1-3周:
收集查阅资料;
2.4-6周:
完成总体方案设计和建模;
3.7-8周:
完成系统分析和控制规律设计;
4.9-11周:
完成仿真验证及修改;
5.12-13周:
完成毕业设计论文.
五、主要参考书及参考资料
[1]徐德民,吴旭光.鱼雷自动控制系统.西北工业大学出版社,2001(10).
[2]徐德民,严卫生.鱼类控制系统计算机辅助分析设计与仿真.西北工业大学出版社,2000(5).
[3]薛定宇.陈阳泉等.基于MATLAB/Simulink的系统仿真技术与应用.清华大学出版社,2008.
[4]王正林,王胜开,陈国顺.MATLAB/Simulink与控制系统仿真.电子工业出版社,2005(5).
[5]石秀华,王晓娟.水中兵器概论(鱼雷分册).西北工业大学出版社,2005
(1).
[6]薛定宇,陈阳泉.基于MATLAB/Simulink的系统仿真技术与应用.清华大学出版社2002(4).
[7]孟庆玉,张静远,宋保维.鱼雷作战效能分析[M].北京:
国防工业出版社,2003.
[8]沈哲.鱼雷引信与战斗部技术[M].北京:
国防工业出版社,2009.
[9]高立娥,康凤举,张金涛,车妍琳.基于Simulink的鱼雷控制系统仿真[期刊论文]-计算机仿真,2005(02).
[10]詹致祥,陈景熙.鱼雷航行力学[M].西安:
西北工业大学出版社,1990.
学生指导教师系主任
摘要
鱼雷是一种能在水中自主推进、自动控制和自行引导的水下航行器,具有速度快、航程远、隐蔽性好、命中率高等特点。
航向控制系统作为鱼雷的核心部分,在实现精确制导和姿态控制中起着关键性作用,随着计算机软硬件、图形及智能模拟等技术的进步,鱼雷控制系统的计算机辅助分析、设计与仿真已成为工程设计及科学研究不可缺少的组成部分。
这些技术充分利用计算机的高速运算和处理能力,进行动态系统的建模、分析、设计和仿真,他不仅可以缩短产品的设计周期,减少设计人员的繁杂劳动,而且能够提高产品质量,降低成本。
本文为鱼雷航向控制系统设计,鱼雷航向控制系统的任务是根据战术指标对鱼雷的各项参数加以控制,使其按所要求的规律进行变化,实现对鱼雷运动的高精度控制。
通过利用计算机辅助分析、设计与仿真等技术对鱼雷控制系统进行相关的建模、分析、设计和仿真。
根据鱼雷的类型、用途、特点和对控制系统提出的设计指标,初步确定控制规律,组成原理方案图,初步选择系统参数。
该方案选取超前控制规律,进行参数计算和选择。
通过计算机仿真,分析系统的稳态和动态特性,从而确定出满足设计指标要求的,并在技术上和结构上都有可能实现的系统方案和结构参数。
关键字:
鱼雷,航向控制,仿真,超前补偿
ABSTRACT
Thetorpedoisaself-propelledinthewater,automaticcontrolandguidednavigation,isanoffensiveweaponagainstsurfaceshipsandsubmarines.Thecontrolsystemisthehubofthetorpedo,playsanimportantroleintheguidanceprecisionandattitudecontrol.Withtheadvancesincomputerhardwareandsoftware,graphics,andintelligentsimulationtechnology,computer-aidedanalysisofthetorpedocontrolsystemdesignandsimulationhasbecometheengineeringdesignandscientificresearchanintegralpart.Thesetechniquestakefulladvantageofthehigh-speedcomputingandprocessingpowerofthecomputer,dynamicsystemmodeling,analysis,designandsimulation,henotonlycanshortentheproductdesigncycle,reducethedesignofcomplicatedlabor,butalsotoimproveproductqualityreducecosts.
Thisheadingcontrolsystemdesignfortorpedo,torpedoheadingcontrolsystemtaskisbasedontacticaltargetstocontroltheparametersoftorpedosothatitchangesasrequiredbylaw,toachievethehighprecisioncontroloftorpedo.Throughtheuseofcomputer-aidedanalysis,designandsimulationtechnologyforthetorpedocontrolsystemrelatedtothemodeling,analysis,designandsimulation.Accordingtothetypeoftorpedo,uses,characteristicsanddesignofcontrolsystemofindicators,preliminarycontrollaw,architectureprogramme,initialselectionofsystemparameters.Controllawaheadoftheprogrammeselected,parametercalculationandchoice.Throughcomputersimulation,steady-stateanddynamiccharacteristicsanalysissystemtodeterminethatmeetsdesignrequirementsandthetechnologicalandstructuralsystemsthatarelikelytoachieveprogrammaticandstructuralparameters.
KEYWORDS:
torpedo,coursecontrol,simulation,leadcompensation
第一章前言
1.1毕业设计课题研究的意义
鱼雷是现代海战中的主要攻击性武器,鱼雷自动控制系统是整个鱼雷的中枢。
现代鱼雷航行深度范围大,航程远,航速高,变速制,鱼雷的特征参数在很大范围内变化,并要求实现各种战术弹道。
鱼雷航向控制系统的主要任务是稳定和控制鱼雷航向,使鱼雷按照预定的航向航行或根据导引系统的指令,追踪目标来完成其战斗使命。
高速度、大容量微型计算机在鱼雷上的在线运行,为应用现代控制理论分析、综合、设计复杂的鱼雷自动控制系统,实现各种复杂的控制规律提供了硬件基础,同时也为鱼雷的自导、线导、控制等各子系统之间的信息交换和处理提供了极大的方便,有利于促进鱼雷制导大系统向信息化、综合化、智能化、高精度方向发展。
按战术技术指标要求设计鱼雷航向控制系统,需要考虑多方面的问题和进行大量的仿真分析。
既要保证所设计的系统有良好的性能,满足给定的战术技术指标要求,又要照顾工程上便于实现,经济性好,可靠性高。
在设计过程中,既要进行必要的理论分析,也要重视工程实践实验,同时还要配合若干必要的局部和整体实验。
控制系统作为鱼雷的核心部分,在实现精确制导和姿态控制中起着关键性作用。
随着科学技术的发展,计算机技术被广泛应用到鱼雷控制系统的研究中,通过利用计算机辅助分析、设计与仿真等技术对鱼雷控制系统进行相关的建模、分析、设计和仿真,从而提高产品的质量,减少人工设计中出现的错误,提高产品设计的效率。
通过完成毕业设计,了解掌握航向器控制系统的基本原理,深入学习MATLAB软件、SIMULINK软件,加强对自动化专业知识的理解学习。
提高自己自主学习的能力,培养综合运用本学科的基本理论、专业知识和基本技能,提高分析和解决实际问题的能力、锻炼创造能力。
1.2毕业设计的主要内容及任务分析
本论文采用超前补偿方案设计某型鱼雷航向控制系统。
主要分四个方面分析、研究鱼雷航向控制系统:
1.根据毕业设计任务书,确定控制系统的性能指标
毕业设计任务书是根据鱼雷战术技术指标和总体性能的要求提出来的。
由于鱼雷航向控制系统与其总体有相互制约的密切关系,所以往往和鱼雷总体设计结合进行来确定控制系统应具备的战术技术指标,明确对控制系统的一般要求和特殊要求。
技术指标:
要求加入所设计控制器后航向控制系统的性能如下:
1).相角裕度Pm45°
2).超调<
25%
3).系统无静差
4).过渡过程时间
性能指标包括:
稳定性、稳态精度、调整时间、超调量。
2.对国内某53口径鱼雷航向控制系统进行分析
1).技术要求:
根据给定的国内某53口径鱼雷航向控制系统的结构图如下:
图1-1某型鱼雷航向控制结构图
图1-1中:
直舵的传递函数:
(1-1)
雷体的传递函数为:
(1-2)
式中:
主要设计任务:
主要完成鱼雷航向控制系统的分析、设计,对比选择合适的控制规律,设计规律,设计鱼雷航向控制系统超前补偿器,重点完成航向系统的计算机辅助分析、设计和仿真。
2).利用MATLAB软件对鱼雷航向控制系统作稳定性分析并给出分析结论;
3).利用MATLAB软件对鱼雷航向控制系统作根轨迹分析并给出分析结论;
4).利用MATLAB软件对鱼雷航向控制系统作频率特性分析并给出分析结论;
5).利用MATLAB软件对鱼雷航向控制系统作时域响应特性分析并给出分析结论;
6).对上述分析作讨论比较。
3.建立数学模型,提出系统控制方案及校正环节设计
1).分析鱼雷航向控制系统校正环节的作用,以及常用控制规律;
2).分析超前-滞后补偿器:
(1-3)
在鱼雷航向控制系统中使用可行性;
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- 采用 超前 滞后 补偿 方案 鱼雷 航向 控制系统 设计
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