模拟飞机速度控制系统matlab仿真毕业设计说明书Word文档下载推荐.docx

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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

ABSTRACT

Theresearchcontentmainlyaroundthesimulationofaircraftcontrolsystems,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.

Keywords：

Simulationofaircraftcontrolsystems;

stability;

Fuzzycontrol;

MATLABsoftware

1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。

高超音速飞行器的动力由高超音速冲压发动机提供，它的技术原理十分复杂，同时具有高要求的气动外形，所以研究起来十分困难，解决飞行器的速度控制问题，是发展高超音速飞行器的关键。

对于美国来说，一小时打遍全球是美国空军的梦想，现在的高超音速飞行器正好可以使这种梦想变成现实。

所以，美国从很早开始就开始研究高超音速飞行器，其中的X-51项目从2010年开始试验，但是失败的次数大于成功的次数，其中很重要的一点因素就是飞行器的速度达到很大之后，飞行器的稳定性会受到速度较大的影响，速度上的一点变化，就可能导致整个飞行器的不稳定甚至直接坠毁，这说明高超音速飞行器的研制并不像想象的那么简单。

高超音速导弹相对于常规的巡航导弹有着很多优点，主要体现在以下三个方面：

1.飞行速度非常快。

对于常规的亚音速导弹来说，如果要打击1000公里之外的某一个目标，它在空中飞行的时间就需要一个多小时，但是高超音速导弹只需要不到十分钟的时间。

2.突破防御能力强。

现在的巡航导弹主要依靠自身的隐身技术来实现突破对方的防御系统，但是它的速度十分慢，只要对方的雷达系统发现目标，很容易就能拦截。

但是对于高超音速导弹来说，它的速度非常快，并且飞行的轨迹十分难以预测，所以现有的防空武器根本没有办法进行拦截。

3.破坏的能力大。

高超音速导弹除了携带大量的弹药之外，自身还具有吓人的动能，这强大的动能可直接穿透钢筋混凝土，可直接打击地下的目标，目前打击能力最强的钻地弹可打击地下一百多米的目标，具有强大的心理威慑能力。

由于高超音速飞行器的发展趋势，必须要对飞行器的速度加以精确控制，这是发展高超音速飞行器的关键。

1.2研究意义

最近一百年间，飞机的发展可谓日新月异。

早期研制的飞机，一般来说速度都不是很大，所以对于飞机来说，速度对飞机系统的稳定性影响比较小，并且早期飞机并不要求飞机必须达到某个精确地速度值，所以，早期飞机并没有控制速度的系统。

但是现代的飞行器速度提高太快，已经超越了音速好几倍，所以飞机速度对系统稳定性的影响迅速提升，因此要精确控制飞机的速度，所以需要增大对飞机速度的自控制系统【2】。

综合来说，飞机速度控制的必要性主要有几下几点：

由于现代航空业的发展迅速，各个机场的客流量越来越大，机场需要按照严格的时刻表对飞机进行调度，所以现在对飞机速度的精度要求提高了。

最近今年，超高速飞行器的概念逐渐被大众所熟知，对于超高速飞机来说，飞机的速度很大，因此速度对系统稳定的影响因子增大，所以必须要严格控制飞机的速度精度【2】。

速度控制是航迹控制的必要前提，如果飞机的速度控制不好，那么控制航迹是不可能实现的。

当飞机在突破音速的瞬间，必须要突破音障，这个时候飞机稳定性会急剧下降，要保证系统的稳定性，必须精确控制飞机的速度来保证系统的稳定性，所以也要建立相关的速度控制系统。

1.3研究内容

论文的主要工作是以控制飞机速度为中心，对飞机系统进行了建模和分析，根据分析的结果，设计了相关的控制器，通过Matlab软件仿真后，实现了较好的控制效果，满足了系统的性能指标【3】。

本论文主要从以下几个部分进行分析：

1.对飞机速度控制系统建模。

根据飞机速度控制的硬件描述，建立了相关的