西北工業(yè)大學2008至2009學年第一學期魚雷自動控制系統(tǒng)期末考試試題B

1、西北工業(yè)大學2008至2009學年第一學期魚雷自動控制系統(tǒng)期末考試試題B誠信保證本人知曉我校考場規(guī)則和違紀處分條例的有關(guān)規(guī)定，保證遵守考場規(guī)則，誠實做人。                                     本

2、人簽字：            編號：        西北工業(yè)大學考試試題（卷）20082009學年第一學期開課學院     航海學院     課程     魚雷自動控制系統(tǒng)   學時 32 考試日期

3、  2008年11月3日    考試時間2小時  考試形式（閉）卷（B）卷題號一二三四五六七總分得分考生班級03030501學號姓名一、概念題（每小題5分；共30分）1、失衡力矩；2、魚雷彈道的袋形深度；3、自由角；4、橫舵管制；5、半實物仿真實驗；6、小擾動線性化二、簡答題（每小題6分，共30分）1、魚雷的控制裝置（自動駕駛儀）包括哪些組成部分，畫出原理框圖，并簡述魚雷控制裝置的工作原理？2、魚雷的敏感元件有哪些，分別用于測量魚雷的什么運動狀態(tài)，使用中有哪些需要注意的地方？3、為什么對魚雷運動方程進行分組，分組后

4、的子系統(tǒng)分別包括哪些運動狀態(tài)，對應(yīng)的控制輸入是什么？4、魚雷的深度控制系統(tǒng)中，深度調(diào)節(jié)系數(shù) 和縱傾調(diào)節(jié)系數(shù) 對系統(tǒng)穩(wěn)定性有什么樣的影響？5、試分析舵機的時間常數(shù)對比例式航向控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性的影響？注：1. 命題紙上一般不留答題位置，試題請用小四、宋體打印且不出框。2. 命題教師和審題教師姓名應(yīng)在試卷存檔時填寫。          共2頁第1頁西北工業(yè)大學命題專用紙三、（20分）魚雷航向控制系統(tǒng)的狀態(tài)方程式中式中，,試確定反饋增益矩陣，使閉環(huán)控制系統(tǒng)的特征方

5、程為四、（20分）魚雷航向繼電控制系統(tǒng)如下圖所示：圖中，魚雷航向控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為試用漸近穩(wěn)定頻域判據(jù),求該非線性系統(tǒng)的漸近穩(wěn)定條件。教務(wù)處印制     共2頁第2頁西北工業(yè)大學20082009學年第一學期魚雷自動控制系統(tǒng)期末考試試題B答案一、概念題（每小題5分；共30分）1、失衡力矩：螺旋槳轉(zhuǎn)動時，流體對縱軸產(chǎn)生的力矩將引起雷體滾動，為了消除這種滾動，魚雷都采用雙槳對轉(zhuǎn)，并且在設(shè)計時盡可能使雙槳轉(zhuǎn)矩平衡，如果雙槳不能完全平衡，其轉(zhuǎn)矩之差稱為失衡力矩。2、魚雷彈道的袋形深度：指魚雷發(fā)射后形成的袋形彈道的最大深度，水上發(fā)射時，袋形深度指從水

6、面到魚雷最大下潛深度的距離，水下發(fā)射時，袋形深度指發(fā)射重心線到魚雷最大下潛深度的距離。3、自由角：自由角指為了使魚雷在設(shè)定深度上航行，必須保持平衡，可在魚雷發(fā)射之前預(yù)先將橫舵轉(zhuǎn)動一個角度，這個預(yù)先設(shè)定的橫舵角習慣上稱為自由角。由于加入自由角后，當魚雷在設(shè)定深度上航行時，其攻角和舵角分別等于平衡攻角和平衡舵角，所以消除了深度偏差。4、橫舵管制：管制指在魚雷初始航行階段，將橫舵鎖定在某一范圍或一定的角度上，防止魚雷在發(fā)射后的初期出現(xiàn)跳水或下潛過深，使魚雷能迅速到達設(shè)定的航行深度。5、半實物仿真：所謂半實物仿真，就是將系統(tǒng)的一部分用實際裝置，另一部分用數(shù)學模型在計算機省運行，并用適當?shù)膶嶒炘O(shè)備將實際

7、裝置于計算機連接起來。在魚雷控制系統(tǒng)的半實物仿真實驗中，一般控制裝置采用實物，魚雷運動的動力學特性采用數(shù)學模型在計算機上運行，再用運動模擬轉(zhuǎn)臺和深度伺服系統(tǒng)將兩者連接起來。6、小擾動線性化：在小擾動條件下，在“工作點”附近略去高階小量，將物理過程的非線性關(guān)系簡化為線性關(guān)系。二、簡答題（每小題6分，共30分）1、魚雷的控制裝置（自動駕駛儀）包括哪些組成部分，畫出原理框圖，并簡述魚雷控制裝置的工作原理？答：魚雷的控制裝置包括：設(shè)定和/或指令裝置、敏感元件、信息處理器、伺服機構(gòu)，其原理框圖為：敏感元件測量魚雷的實際運動參數(shù)，并輸出相應(yīng)信號同運動參數(shù)的設(shè)定值進行比較，當魚雷偏離規(guī)定的戰(zhàn)術(shù)基準彈道時，即

8、產(chǎn)生偏差信號，經(jīng)信息處理裝置（自動駕駛儀）綜合放大后，成為符合控制規(guī)律的信號，操縱伺服機構(gòu)（稱為舵機），使舵面產(chǎn)生相應(yīng)偏轉(zhuǎn)。2、魚雷的敏感元件有哪些，分別用于測量魚雷的什么運動狀態(tài)，使用中有哪些需要注意的地方？答：魚雷的敏感元件包括：（1）陀螺儀：二自由度陀螺儀測量偏航角和水平姿態(tài)角、，單自由度陀螺儀測量魚雷角速度。（2）加速度計：用于魚雷不僅可以測量魚雷的運動加速度，而且可以測量魚雷的水平姿態(tài)角和。當魚雷的運動加速度不為零時，會對加速度計的輸出產(chǎn)生干擾。（3）慣性導航系統(tǒng)：提供包括位置、航向、速度、加速度，以及姿態(tài)角、轉(zhuǎn)動角速率在內(nèi)的全部導航和制導信息。（4）壓力傳感器：測量魚雷航行深度。3

9、、為什么對魚雷運動方程進行分組，分組后的子系統(tǒng)分別包括哪些運動狀態(tài)，對應(yīng)的控制輸入是什么？答：為了便于研究魚雷運動的規(guī)律，常將其空間一般運動分解為在垂直平面的縱向運動，在水平面內(nèi)的側(cè)向運動，以及魚雷繞其縱軸的橫滾運動。3個舵角分別只控制其中的一種運動。于是，一般運動方程就可分解為相對獨立的3組方程。縱向運動方程組中含有以下縱向運動參數(shù)和橫舵角水平側(cè)向運動方程組中含有以下側(cè)向運動參數(shù)和直舵角橫滾運動方程組中含有以下橫滾運動參數(shù)和差動舵角4、魚雷的深度控制系統(tǒng)中，深度調(diào)節(jié)系數(shù)和縱傾調(diào)節(jié)系數(shù)對系統(tǒng)穩(wěn)定性有什么樣的影響？答：過大，縱傾調(diào)節(jié)作用相對于深度條件作用就可以忽略不計，會使系統(tǒng)穩(wěn)定性變壞；過小，

10、魚雷受到擾動之后，其運動可能是穩(wěn)定的，但卻不能恢復到原來的定深線上，而是穩(wěn)定在一個新的深度上航行，深度偏差的值取決于初始條件，因此不能太大，也不能太小。過大，縱傾調(diào)節(jié)作用所占的比重增加，深度調(diào)節(jié)作用相對縱傾調(diào)節(jié)作用非常小，可忽略不計，系統(tǒng)變得不穩(wěn)定。過小，縱傾調(diào)節(jié)系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)特征根在右半S平面，系統(tǒng)也不穩(wěn)定，因此不能太大，也不能太小。5、試分析舵機的時間常數(shù)對比例式航向控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性的影響？答：對于理想舵機來說，系統(tǒng)的增益值可以任意選擇，只要，系統(tǒng)都是穩(wěn)定的，而且隨著值增大，復根的絕對值也隨之增大，系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)越來越快。如果考慮的舵機的時間常數(shù)后，為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，增益應(yīng)小于其臨界值，當時間常數(shù)增大時，增益的臨界值將減小。此外，從相對穩(wěn)定性的觀點來看，舵機時間常數(shù)的存在，使復根向虛軸靠近，從而增加了系統(tǒng)的振蕩性，降低了穩(wěn)定性。三、（20分）魚雷航向控制系統(tǒng)的狀態(tài)方程式中，,試確定反饋增益矩陣，使閉環(huán)控制系統(tǒng)的特征方程為答：（1），系統(tǒng)可控（2）令，特征方程與期望的特征方程比較得到解得：。四、（20分