飛行控制系統(tǒng)大作業(yè)

《飛行控制系統(tǒng)》課程實驗報告班級0314102學(xué)號姓名孫旭東成績南京航空航天大學(xué)2023年4月

（一）飛機縱向飛行控制系統(tǒng)的設(shè)計與仿真1、分析飛機縱向動力學(xué)模態(tài)，求飛機的長周期與短周期阻尼與自然頻率。在MATLAB環(huán)境下導(dǎo)入數(shù)據(jù)文獻，輸入damp(alon),得出結(jié)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長周期的根為-7.30e-003+3.35e-002i和-7.30e-003-3.35e-002i阻尼為2.13e-001自然頻率為3.42e-002(rad/s)短周期的根為-2.29e+000+4.10e+000i和-2.29e+000-4.10e+000i阻尼為4.88e-001自然頻率為4.69e+000(rad/s)2、對升降舵及油門單位階躍輸入下的飛機自然特性進行仿真，畫出相應(yīng)的狀態(tài)曲線。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)') 以上各圖為升降舵及油門單位階躍輸入下的飛機自然特性行仿真，左邊一列為升降舵的階躍輸入，右邊一列為油門的階躍輸入。3、采用短周期簡化方法，求出傳遞函數(shù)。采用根軌跡方法設(shè)計飛機的俯仰角控制系統(tǒng)，并進行仿真。輸入命令：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)得到傳遞函數(shù)為：-34.17s-82.55-----------------------s^2+4.579s+22.01根軌跡設(shè)計：輸入命令：g1=tf(n(2,:),d)g2=tf([-10],[110])g3=series(g1,g2)sisotool(g3)選取阻尼比為0.55時，根軌跡增益為Kq=0.173g4=feedback(g3,0.173)g5=tf([1],[10])g6=series(g4,g5)sisotool(g6)同樣，可得Kth=1在Simulink中搭建系統(tǒng)仿真模型：進行仿真：4、基于長周期簡化方法，求出傳遞函數(shù)，設(shè)計飛機的速度控制系統(tǒng)，并進行仿真。輸入命令：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)得到傳遞函數(shù)為：7.971s---------------s^2+0.04847s在Simulink中搭建系統(tǒng)模型：使用經(jīng)驗試湊法得到PID控制器參數(shù)：Kp=0.9Ki=0.2Kd=0仿真結(jié)果如下：5、基于縱向線性模型（狀態(tài)方程），分別對速度控制與俯仰角控制進行仿真。在Simulink中搭建仿真模型：先在速度通道加階躍信號，輸入命令：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)')和plot(t,x5)xlabel('t(s)')ylabel('\Deltah(m)')得到以下曲線：再在俯仰角通道加階躍信號，反復(fù)以上命令，得到如下曲線：

（二）飛機側(cè)向滾轉(zhuǎn)角控制系統(tǒng)設(shè)計1、求出側(cè)向運動方程的特性根，及相應(yīng)的模態(tài)，求出荷蘭滾模態(tài)的阻尼及自然頻率。在MATLAB環(huán)境下導(dǎo)入數(shù)據(jù)文獻，輸入damp(alon),得出結(jié)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側(cè)向運動方程的特性根為：0.00e+000（航向隨遇平衡模態(tài)）-1.55e-002（螺旋模態(tài)）-1.02e-001+5.08e+000i，-1.02e-001–5.08e+000i（荷蘭滾模態(tài)）-6.89e+000（側(cè)向滾轉(zhuǎn)收斂模態(tài)）荷蘭滾模態(tài)的阻尼為：1.97e-001自然頻率為：5.19e+000(rad/s)2、對副翼與方向舵單位階躍輸入下的自然特性進行仿真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)')得到以下曲線：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)')得到以下曲線：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)'得到以下曲線：以上各圖中左邊為副翼輸入單位階躍響應(yīng)的曲線，右邊為方向舵輸入單位階躍響應(yīng)的曲線。3、采用簡化方法，求出傳遞函數(shù)。采用根軌跡方法設(shè)計飛機的滾轉(zhuǎn)角控制系統(tǒng)，并進行仿真。輸入命令：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)得到所求傳遞函數(shù)：-135.1s+3.894e-020--------------------------s^2+7.196s-2.073e-021根軌跡設(shè)計：輸入命令：g2=tf([-10],[110])g3=series(g1,g2)sisotool(g3)選取阻尼比為0.7左右時，得到Kp=0.054再輸入：g4=feedback(g3,0.054)g5=tf([1],[10])g6=series(g4,g5)sisotool(g6)得到Kth=0.211在Simulink中搭建系統(tǒng)模型： 輸入：plot(t,x1)xlabel('t(s)')ylabel('\Delta\phi')得到響應(yīng)曲線：4、設(shè)計飛機航向控制系統(tǒng)，并進行仿真。在Simulink中搭建系統(tǒng)仿真模型：運用尋優(yōu)模塊取得：Kps=9.87響應(yīng)為：5、設(shè)計飛機方向舵協(xié)調(diào)控制律，基于側(cè)向線性模型（狀態(tài)方程），進行航向控