飞行控制系统大作业.docx
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飞行控制系统大作业
《飞行控制系统》
课程实验报告
班级0314102
学号031410224
姓名孙旭东
成绩
南京航空航天大学
2017年4月
(一)飞机纵向飞行控制系统的设计与仿真
1、分析飞机纵向动力学模态,求飞机的长周期与短周期阻尼与自然频率。
在MATLAB环境下导入数据文件,输入damp(alon),得出结果:
EigenvalueDampingFreq、(rad/s)
-2、29e+000+4、10e+000i4、88e-0014、69e+000
-2、29e+000-4、10e+000i4、88e-0014、69e+000
-3、16e-0021、00e+0003、16e-002
-7、30e-003+3、35e-002i2、13e-0013、42e-002
-7、30e-003-3、35e-002i2、13e-0013、42e-002
长周期的根为-7、30e-003+3、35e-002i与-7、30e-003-3、35e-002i
阻尼为2、13e-001
自然频率为3、42e-002(rad/s)
短周期的根为-2、29e+000+4、10e+000i与-2、29e+000-4、10e+000i
阻尼为4、88e-001
自然频率为4、69e+000(rad/s)
2、对升降舵及油门单位阶跃输入下的飞机自然特性进行仿真,画出相应的状态曲线。
sys=ss(alon,blon,clon,dlon)
[y,t]=step(sys,500)
subplot(221)
plot(t,y(:
1,1))
xlabel('t(s)')
ylabel('\Deltau(m/s)')
subplot(222)
plot(t,y(:
1,2))
xlabel('t(s)')
ylabel('\Deltau(m/s)')
subplot(223)
plot(t,y(:
2,1))
xlabel('t(s)')
ylabel('\Delta\alpha(deg)')
subplot(224)
plot(t,y(:
2,2))
xlabel('t(s)')
ylabel('\Delta\alpha(deg)')
subplot(221)
plot(t,y(:
3,1))
xlabel('t(s)')
ylabel('\Deltaq(deg/s)')
subplot(222)
plot(t,y(:
3,2))
xlabel('t(s)')
ylabel('\Deltaq(deg/s)')
subplot(223)
plot(t,y(:
4,1))
xlabel('t(s)')
ylabel('\Delta\theta(deg)')
subplot(224)
plot(t,y(:
4,2))
xlabel('t(s)')
ylabel('\Delta\theta(deg)')
subplot(121)
plot(t,y(:
5,1))
xlabel('t(s)')
ylabel('\Deltah(m)')
subplot(122)
plot(t,y(:
5,2))
xlabel('t(s)')
ylabel('\Deltah(m)')
以上各图为升降舵及油门单位阶跃输入下的飞机自然特性行仿真,左边一列为升降舵的阶跃输入,右边一列为油门的阶跃输入。
3、采用短周期简化方法,求出传递函数
。
采用根轨迹方法设计飞机的俯仰角控制系统,并进行仿真。
输入命令:
a1=alon((2:
3),(2:
3))
b1=blon((2:
3),:
)
c1=clon((2:
3),(2:
3))
d1=dlon((2:
3),:
)
[n,d]=ss2tf(a1,b1,c1,d1,1)
g1=tf(n(2,:
),d)
得到传递函数
为:
-34、17s-82、55
-----------------------
s^2+4、579s+22、01
根轨迹设计:
输入命令:
g1=tf(n(2,:
),d)
g2=tf([-10],[110])
g3=series(g1,g2)
sisotool(g3)
选取阻尼比为0、55时,根轨迹增益为Kq=0、173
g4=feedback(g3,0、173)
g5=tf([1],[10])
g6=series(g4,g5)
sisotool(g6)
同样,可得Kth=1
在Simulink中搭建系统仿真模型:
进行仿真:
4、基于长周期简化方法,求出传递函数
设计飞机的速度控制系统,并进行仿真。
输入命令:
a1=alon([1,4],[1,4])
b1=blon([1,4],:
)
c1=clon([1,4],[1,4])
d1=dlon([1,4],:
)
[n,d]=ss2tf(a1,b1,c1,d1,2);
g1=tf(n(1,:
),d)
得到传递函数为:
7、971s
---------------
s^2+0、04847s
在Simulink中搭建系统模型:
使用经验试凑法得到PID控制器参数:
Kp=0、9Ki=0、2Kd=0
仿真结果如下:
5、基于纵向线性模型(状态方程),分别对速度控制与俯仰角控制进行仿真。
在Simulink中搭建仿真模型:
先在速度通道加阶跃信号,输入命令:
subplot(221)
plot(t,x1)
xlabel('t(s)')
ylabel('\Deltau(m/s)')
subplot(222)
plot(t,x2)
xlabel('t(s)')
ylabel('\Delta\alpha(deg)')
subplot(223)
plot(t,x3)
xlabel('t(s)')
ylabel('\Deltaq(deg/s)')
subplot(224)
plot(t,x4)
xlabel('t(s)')
ylabel('\Delta\theta(deg)')
与
plot(t,x5)
xlabel('t(s)')
ylabel('\Deltah(m)')
得到以下曲线:
再在俯仰角通道加阶跃信号,重复以上命令,得到如下曲线:
(二)飞机侧向滚转角控制系统设计
1、求出侧向运动方程的特征根,及对应的模态,求出荷兰滚模态的阻尼及自然频率。
在MATLAB环境下导入数据文件,输入damp(alon),得出结果:
EigenvalueDampingFreq、(rad/s)
0、00e+000-1、00e+0000、00e+000
-6、89e+0001、00e+0006、89e+000
-1、55e-0021、00e+0001、55e-002
-1、02e+000+5、08e+000i1、97e-0015、19e+000
-1、02e+000-5、08e+000i1、97e-0015、19e+000
侧向运动方程的特征根为:
0、00e+000(航向随遇平衡模态)
-1、55e-002(螺旋模态)
-1、02e-001+5、08e+000i,-1、02e-001–5、08e+000i(荷兰滚模态)-6、89e+000(侧向滚转收敛模态)
荷兰滚模态的阻尼为:
1、97e-001
自然频率为:
5、19e+000(rad/s)
2、对副翼与方向舵单位阶跃输入下的自然特性进行仿真
sys=ss(alat,blat,clat,dlat)
[y,t]=step(sys,400)
subplot(221)
plot(t,y(:
1,1))
xlabel('t(s)')
ylabel('\Delta\beta(deg)')
subplot(222)
plot(t,y(:
1,2))
xlabel('t(s)')
ylabel('\Delta\beta(deg)')
subplot(223)
plot(t,y(:
2,1))
xlabel('t(s)')
ylabel('\Deltap(deg/s)')
subplot(224)
plot(t,y(:
2,2))
xlabel('t(s)')
ylabel('\Deltap(deg/s)')
得到以下曲线:
subplot(221)
plot(t,y(:
3,1))
xlabel('t(s)')
ylabel('\Deltar(deg/s)')
subplot(222)
plot(t,y(:
3,2))
xlabel('t(s)')
ylabel('\Deltar(deg/s)')
subplot(223)
plot(t,y(:
4,1))
xlabel('t(s)')
ylabel('\Delta\phi(deg)')
subplot(224)
plot(t,y(:
4,2))
xlabel('t(s)')
ylabel('\Delta\phi(deg)')
得到以下曲线:
subplot(121)
plot(t,y(:
5,1))
xlabel('t(s)')
ylabel('\Delta\psi(deg)')
subplot(122)
plot(t,y(:
5,2))
xlabel('t(s)')
ylabel('\Delta\psi(deg)'
得到以下曲线:
以上各图中左边为副翼输入单位阶跃响应的曲线,右边为方向舵输入单位阶跃响应的曲线。
3、采用简化方法,求出传递函数
。
采用根轨迹方法设计飞机的滚转角控制系统,并进行仿真。
输入命令:
a1=alat([2,4],[2,4])
b1=blat([2,4],:
)
c1=clat([2,4],[2,4])
d1=dlat([2,4],:
)
[n,d]=ss2tf(a1,b1,c1,d1,1)
g1=tf(n(1,:
),d)
得到所求传递函数
:
-135、1s+3、894e-020
--------------------------
s^2+7、196s-2、073e-021
根轨迹设计:
输入命令:
g2=tf([-10],[110])
g3=series(g1,g2)
sisotool(g3)
选取阻尼比为0、7左右时,得到Kp=0、054
再输入:
g4=feedback(g3,0、054)
g5=tf([1],[10])
g6=series(g4,g5)
sisotool(g6)
得到Kth=0、211
在Simulink中搭建系统模型:
输入:
plot(t,x1)
xlabel('t(s)')
ylabel('\Delta\phi')
得到响应曲线:
4、设计飞机航向控制系统,并进行仿真。
在Simulink中搭建系统仿真模型:
利用寻优模块取得:
Kps=9、87
响应为:
5、设计飞机方向舵协调控制律,基于侧向线性模型(状态方程),进行航向控制系统的仿真。
假设作动器特性为
。
使用根轨迹的方法设计Kr:
a1=alat([1,3],[1,3])
b1=blat([1,3],:
)
c1=clat([1,3],[1,3])
d1=dlat([1,3],:
)
[n,d]=ss2tf(a1,b1,c1,d1,2)
g1=tf(n(2,:
),d)
g2=tf([-10],[110])
g3=series(g1,g2)
sisotool(g3)
确定Kr=0、21
在Simulink中搭建如下系统模型:
经试验,Kpsi取3、1,Kbeta取-1时的响应效果较好。
以下为仿真结果:
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 飞行 控制系统 作业
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