基于极点配置的横滚自动驾驶仪设计.pdf

本文讨论了基于极点配置方法设计横滚自动驾驶仪的研究工作，目的是改善导弹在特定飞行条件下的横滚动态特性，并增强其横向稳定性。文章首先介绍了尾舵控制的弹体，并采用极点配置设计方法，建立了控制参数与开环穿越频率、阻尼比及零极点比值之间的解析关系。在设计自动驾驶仪时，作者考虑了执行机构的带宽和相位裕度等约束因素。 自动驾驶仪的横滚动态特性通过简化的三阶系统来模拟，其控制参数包括内回路角速度反馈增益和PI控制器参数。由于导弹在初始弹射段由于载机流场的复杂性，会面临严重的干扰力矩，因此对导弹的横滚控制提出了稳定性和快速性的严格要求。文章提出了设计一种无静差快响应的双回路横滚控制自动驾驶仪，通过设计方法实现横滚无静差控制，为导弹在典型空域提供设计结果和线性化仿真结果。 在自动驾驶仪的简化框图中，忽略了执行机构、速率陀螺及结构滤波器的动态特性，将横滚自动驾驶仪视作三阶系统。自动驾驶仪待设计的参数包括内回路角速度反馈增益和PI控制器参数。作者进一步提供了横滚弹体的传递函数，以及如何根据该传递函数构建自动驾驶仪系统闭环传递函数。自动驾驶仪的极点配置形式通常是一个实极点加上一对共轭极点，这种配置形式对系统稳定性、快速性以及无静差控制有显著影响。 在设计过程中，作者提出了两个原则来选择开环穿越频率：稳定性要求要求相位裕度大于60度，快速性要求则通过系统开环截止频率来决定，工程实践中通常取执行机构等效带宽的1/3左右。通过这些原则，可以计算出控制增益的解析表达式，这些表达式与弹体的气动特性、开环截止频率、零极点比值和阻尼比有关。文章进一步详细描述了如何设计横滚自动驾驶仪，并且给出了仿真结果，显示系统的时域响应品质良好，具备良好的稳定裕度。 在设计仿真部分，作者选取了某典型飞行状态，计算了相应的控制增益，并完成了自动驾驶仪的设计及线性化仿真。仿真结果包括阶跃响应和BODE图，这些结果有助于分析系统性能，验证设计方法的有效性。文章还说明了在设计过程中，如何根据导弹的具体飞行状态和设计约束条件选择开环穿越频率和其他期望参数。 文章还提到了一种应用烟道直喷尿素热解制氨工艺的技术，并分析了其在某锅炉烟气脱硝改造项目中的具体应用。这部分内容与横滚自动驾驶仪设计主题不直接相关，因此不再赘述。 本文聚焦于运用先进的控制系统设计理论来解决实际的导弹横滚控制问题，通过极点配置方法优化自动驾驶仪的设计，提升导弹在复杂环境下的飞行性能。研究成果对于提高导弹的飞行稳定性和快速响应能力，具有重要意义。