鱼雷自动控制系统第七章 纵向运动的稳定控制教学课件

1、韦微义托儿所执教：韦微义第七章 纵向运动的稳定控制教学课件第七章鱼雷纵向运动的稳定与控制内容及重点 深度控制系统 纵倾控制系统分析方法用经典理论的对数幅相特性法和根轨迹法分析系统的动态特性。 鱼雷纵向运动是指鱼雷在垂直的纵平面内的运动。典型弹道有2种：定深航行和定角爬潜。纵向运动参数有7个： 纵向运动输入舵角： 纵向运动控制系统的作用是控制鱼雷快速、稳定、精确定地完成给定弹道。7-1 深度控制系统的构成和基本原理一、深度控制系统工作原理 纵向运动的线性化方程以定常水平直航运动作为基准，依据小扰动原理电动鱼雷：因为 为负值，所以鱼雷深度控制系统为非最小相位系统。鱼雷的传递函数7-2 具有俯仰角信

2、号的深控系统（惯性定深器）（惯性定深器） （1）物理意义：根据鱼雷纵向运动方程为： 因此具有俯仰信号的深度控制系统，实质上是深度信号的比例加微分控制。 鱼雷为大的惯性环节，鱼雷的深度信号和深度的微分信号叠加的结果，才能使得当鱼雷开始偏离定深线，需要大的操舵量，使鱼雷尽快回到定深线上；当鱼雷有向定深线运动的趋势，用中的操舵量；当鱼雷快要回到定深线上，用小的操舵量。（2）数学意义：假设深度信号根据辅助三角公式，上式可以写为 式中， 一、惯性定深器的数学模型 其中， 是舵机的传递函数。二、自由角 鱼雷水平直线运动时如图所示，弹道角 ， ，稳态时有式中， 为鱼雷航行的深度偏差。 鱼雷的平衡攻角和平衡舵

3、角仅仅与鱼雷的衡重特性和流体动力特性有关，与鱼雷的控制装置的结构参数无关。当鱼雷在定深线上航行， 时 上式看出， 是由深控装置产生的舵角。鱼雷在定深线上航行时，平衡舵角应该由两部分组成习惯上把 称为自由角 三、舵角管制 由于惯性定器有一个摆锤，鱼雷运动的初始阶段作加速运动，摆锤感受到加速度，会影响到鱼雷航行的深度，出现袋深。 7-3 深度控制系统的动态特性一、数学模型1.惯性深控系统原理图图中将惯性深控系统原理图进行简化 2.惯性定深系统开环传递函数 惯性深控系统的根轨迹为 3.惯性深控系统的特征方程二、稳定性分析 分析.深度调节系数 时，可以先将 作为常量，例如假设 （1）推导根轨迹方程 根

4、据上面推导的根轨迹方程，推导广义根轨迹方程1.深度调节系数对系统稳定性的影响将 代入得 上面的根轨迹方程为 根轨迹方程。 （2）画出根轨迹示意图示意图 深度调节系数 的根轨迹图 根轨迹图的简易画法：标出零极点 画出实轴上的根轨迹；渐近线从轨迹图上看出： 随着 的增加，深控系统由稳定转变为不稳定系统，所以 的值不能太大， 的值也不能太小，太大会造成系统不稳定。 （1）推导广义跟轨迹方程上面的根轨迹方程为 根轨迹方程。2.纵倾调节系数对系统稳定性的影响（2)绘制根轨迹图 绘制根轨迹图的步骤：标出零极点；画出实轴上的根轨迹；画出渐近线纵倾调节系数的根轨迹图 随着纵倾调节系数 的增加，深控系统由不稳定

5、转变为稳定系统，纵倾调节系数 不能太大，太大会引起系统震荡。 7-4 具有垂直速度和垂直加速度信号的深控系统（电子定深器）电子式深控装置工作原理图 图中放大器 将深度偏差放大为标准信号， 为微分比例器的传递函数， 为控制电机的传递函数， 为校正网络的传递函数。 一、传递函数1.微分比例器传递函数 式中， 微分比例器电路原理图2.电动执行器的传递函数电动执行器工作原理图原理图图中，电动执行器的原理方框图 回路的闭环传递函数为式中 ， ，电动执行器传递函数为3.电深控装置的传递函数二、控制规律数学模型 假设深度信号将深度信号代入数学模型中得根据辅助三角公式，上式可以写为式中， 7-5 电深控系统频

6、率特性一、工作原理 电深控系统工作原理图电深控系统开环传递函数为式中，说明： ，电深控系统数学模型中的角度单位为“度”。二、开环传递函数 ，因为 为负值，所以鱼雷电深控系统为非最小相位系统。对应的 为非最小相位的一阶微分环节，对数幅频特性曲线的画法不变，在转折频率处幅频特性曲线的斜率仍然要增加 ，相频特性曲线是减小 。 三、频率特性画出电深控系统的bode图 （1）幅频特性曲线的简易画法标出 与 的交接点；标出零极点的转折频率： ， ， ， ， ， ， 。低频段以 的斜率下降；遇到极点，斜率减小 ，遇到零点频率增加 ；非最小相位系统，它的幅频特性不变，仅相位与最小相位不同。（2）相频特性曲线的

7、简易画法低频段相位滞后高频段相位滞后结论：相位稳定裕度：幅值稳定裕度： 电深控系统的优缺点：优点是结构简单，容易实现。缺点是抗干扰能力差。 7-6纵倾控制系统 反潜鱼雷不仅在水平方向追踪目标，而且在纵深方向追踪目标，在航行的不同阶段，采用不同的俯仰角因此鱼雷的纵倾控制系统必须具有较强的逻辑功能和良好的控制性能，才能保证完成战术技术指标。 1.工作原理比例控制系统用作原理如图 图中， 。一、纵倾比例控制系统特性分析式中， ， ， ， ， ， ， ， ， ，3.动态特性2.开环传递函数4.稳态特性 根轨迹图（ 根轨迹）步骤： 标出零、极点； ， ， ，实轴上的根轨迹；分离点；渐近线 渐近线与实轴的交点 渐近线与实轴正方向的夹角画出的纵倾比例控制系统根轨迹图 从上图中看出，当 较小时，系统的两个较小实根离虚轴较近，对系统的影响较小，过渡过程比较平稳缓慢。随着 地增加，两个较小实根逐渐接近导相等， 继续增加，系统就会出现一对共轭复根，在继续增加，系统将出现震荡。 图中 为前项通道控制器传递函数， 为鱼雷角速度传递函数， 为舵机的传递函数。 二、双环纵倾控制系统双环纵倾控