飞机速度控制系统matlab仿真

2015届毕业设计说明书模拟飞机速度控制系统的分析与仿真院、系：电气与信息工程学院学生姓名：指导教师：职称专业：自动化班级：完成时间：2015年6月I摘要此次设计研究的内容主要是围绕模拟飞机控制系统，利用自动控制原理中的多种方法分析该控制系统的性能，比如系统的稳定性，动态性能，静态性能以及它们之间的相互关系，并且运用MATLAB软件对该控制系统进行仿真，直观的分析系统参数对系统动态特性和稳态特性的影响，来知道参数调节，让系统具备良好的控制效果。首先从时域角度出发，根据系统中各个环节的物理或者化学规律，得到系统的微分方程，由微分方程经过拉普拉斯变化解得系统的开环传递函数或者闭环传递函数，然后求解闭环特征方程的特征方程和特征根，零极点的分布以及劳斯判据来分析判断该系统的稳定性。对于一个稳定的系统，又有上升时间、超调量、峰值时间、调节时间和稳态误差这些指标来对比系统的性能。其次根据系统的传递函数，设计相应的控制器，提高系统的性能。由于被控对象组成的闭环系统存在着静态误差，并且系统的调节时间比较长，超调量也不满足要求，所以根据系统的情况设计了PID控制器。在Matlab软件中仿真之后，系统的性能指标得到提升，验证了PID控制器的有效性。另外根据系统参数对系统性能指标的影响，将系统的阻尼比调节到最佳阻尼比0.707，进一步提升了系统的性能。最后，根据系统中存在着参数不确定的情况，传统控制方法很难设计控制器对于所有的参数都适用，所以设计了模糊控制器。由于模糊控制器不需要控制对象的精确模型，所以设计的模糊控制器对于所有的参数都实现了很好的效果，大幅度的提升了系统的性能。在分析的过程中，使用了计算机技术的MATLAB软件，该软件可以比较方便地得到系统的根轨迹图、阶跃响应图和频域分析的曲线，并且可以高效的对比系统各个参数对系统时域特性和频域特型的影响，通过这些对比，能够加深对控制系统的认识和理解，对于系统的学习有着很大的帮助。关键词：模拟飞机控制；稳定性；模糊控制；MATLAB软件IIABSTRACTTheresearchcontentmainlyaroundthesimulationofaircraftcontrolsystems,usingmanymethodsofautomaticcontrolprincipletoanalyzetheperformanceofthecontrolsystem,suchasthestabilityofthesystem,dynamicperformance,staticperformanceandtheirrelationships,usingMATLABsoftwaretosimulatethecontrolsystemandstudytheimpactsofdifferentparameterstotheperformanceofthesystem,inordertoadjusttheparameterstoobtaingoodcontroleffect.Firstfromtheangleofthetimedomain,accordingtoallaspectsofthephysicalorchemicallawinthesystem,thedifferentialequationsofthesystemcanbeobtained.ThenthetransferfunctioncanbeobtainedafterLaplacetransformofthedifferentialequations.Andaccordingtotheeigenvaluesoftheclosed-loopcharacteristicequation,polezerodistributionandRouthcriterion,wecananalyzethestabilityofthesystem.Secondly,accordingtothetransferfunctionofthesystem,designthecontrollerandimprovetheperformanceofthesystem.Duetotheclosed-loopsystemcomposedofthecontrolledobjecthasthestaticerrorandsystemofregulatingtimeisrelativelylong,overshootalsodoesnotmeettherequirements,sowedesignthePIDcontrollertocontrolthesystem.AfterthesimulationofMatlab,theperformanceofthesystemisimproved,andthevalidityofPIDcontrollerisverified.Inaddition,accordingtotheinfluenceofsystemparametersontheperformanceofthesystem,thedampingratioofthesystemisadjustedtotheoptimumdampingratioby0.707,andtheperformanceofthesystemisfurtherimproved.Atlast,accordingtotheuncertainparametersofthesystem,thetraditionalcontrolmethodisverydifficulttodesignthecontrollerforalltheparameters,sothefuzzycontrollerisdesigned.Sincethefuzzycontrollerdoesnotneedtheprecisemodeloftheobject,thefuzzycontrollerisdesignedforalltheparameterstoachieveagoodeffect,greatlyimprovingthesystemperformance.Matlabsoftwareofcomputertechnologyisusedintheanalysisoftheprocess,thesoftwarecanmoreeasilygetsystemrootlocusorderandstepresponsecurveandfrequencydomainanalysis,andhighcontrastofthesystemparametersonsystemcharacteristicsintimedomainandfrequencydomaincontouredinfluence,throughthecomparison,theunderstandingofthecontrolsystemcanbedeepen,andhasagreathelpforlearning.IIIKeywords：Simulationofaircraftcontrolsystems;stability;Fuzzycontrol;MATLABsoftwareIV目录1绪论..........................................................11.1研究背景................................................11.2研究意义................................................21.3研究内容................................................22模拟飞机速度控制系统的工作原理与数学模型......................42.1模拟飞机速度控制系统工作原理............................42.1.1飞机速度控制系统简介..............................42.1.2飞机速度控制系统的基本组成部分及功能..............42.1.3模拟飞机速度控制的基本方案........................52.2模拟飞机速度控制系统数学建模............................63模拟飞机速度控制系统性能分析及系统仿真........................93.1系统时域分析方法及其性能指标............................93.1.1系统的动态性能指标...............................103.1.2系统的静态性能指标...............................113.1.3系统的性能指标和系统参数的关系...................113.1.4高阶系统分析方法.................................143.2飞机速度控制系统分析...................................143.2.1开环系统性能分析.................................143.2.2闭环系统性能分析.................................154模拟飞机速度控制器设计及系统仿真.............................174.1PID控制器设计.........................................174.1.1PID控制器简介....................................174.1.2PID控制器经典电路...............................184.1.3PID控制器中三个系数的作用.......................214.1.4加入PID控制器后的系统仿真.......................214.2模糊控制器设计.........................................244.2.1模糊控制器基本理论...............................244.2.2模糊控制器设计步骤...............................274.2.3量化因子和比例因子对系统性能的影响...............284.2.4利用模糊控制器控制飞机速度控制...................284.3两种控制器的控制效果比较...................................30V结束语.........................................................32参考文献..............................................................................................................33致谢..................................................................................................................3611绪论1.1研究背景目前，高超音速飞行器是世界大国正在潜心研究的热门军事武器。其中，高超音速，是指飞行器的速度高于音速五倍以上，大约为每小时飞行器的移动的距离为6000公里。高超音速飞行器不仅仅指飞机，它主要包括三个大类，第一类是高超音速的巡航导弹，第二类是高超音速的飞机，第三类是高超音速的航天飞机。高超音速飞行器的速度十分快，除此之外，飞行器的轨迹也没有规律，难以预测，所以用相应的拦截系统难以拦截。高超音速飞行