模型简化与分析.ppt

第五部分(2) 飞行器的程序轨迹设计 目的 初步了解飞行器轨迹设计的基本原理，特别是其如何实现爬高和降落的直观机理。 重要假设 研究制导问题时把飞行器考虑为质点，使用瞬时平衡假设，忽略控制的误差与动态特性，不考虑力矩作用。 程序姿态与程序高度的结合 横侧向的指令设计 航路转弯点为基础的直线+圆弧组成 讲授目的 本节是课程中最重要的部分，帮助同学们知道以前所学的《自动控制原理》中的传递函数或者《现代控制理论》中的状态空间方程是如何得到的； 其他工程或者应用领域也都是遵循同样的流程：抓住事物主要矛盾；简化对象；线性化对象；针对线性化对象进行分析；针对线性化对象进行控制设计；针对原始非线性对象的验证与修正； 回忆线性化的思想 高等数学中，Taylor展开是最常用的在特定点附近对于非线性系统进行线性化处理的工具，同样也是工程实践中分析简化问题的基础。 增量的描述形式 长、短周期假设 飞行器旋转的惯性比较小，而受干扰后产生的干扰力矩相对地比较大，所以比较容易使飞行器相对质心旋转，并很快改变攻角。而在同样时间内，飞行速度和质心运动的惯性比较大，受到的干扰力相对比较小，因此速度和质心位置变化都不会太大。 微分方程组的线性化 作为简化实际问题的途径，也作为实际力学问题与控制理论联系的桥梁，以Taylor展开为基础的线性化方法必须熟练掌握，知道由非线性到线性系统的整个过程和假设使用条件。 系数冻结法 对象线性模型与传递函数的建立 通过使用三通道耦合、小迎角以及长、短周期动力学假设，借助于系数冻结法，可以得到线性状态方程，并进而得到传递函数，为后续的控制系统设计提供依据。 线性状态空间方程 传递函数 开环响应特性 传递函数中特征参数的物理意义 阻尼，角频率，稳态增益和稳定性的影响因素 学生课堂练习 在考虑bθ的情况下重新进行推导。 不确定性产生的根源 控制中的鲁棒性概念，源于系统中各个参数的不确定性。 结构化与非结构化不确定性的概念。 飞行器控制对象的特点 姿态角速度、攻角具有弱阻尼特性； 弹道倾角和过载具有非最小相位特性； 俯仰姿态对于舵输入具有积分特性； 高度对于俯仰姿态具有积分特性，对于舵输入具有二阶积分特性； 后续控制系统的设计要充分理解对象的特性，有的放矢。 程序高度 一般结合进程序俯仰角或程序过载的设计中 常用 程序姿态直观的物理意义+高度的适当反馈校正 飞行器的程序轨迹设计 结束 第五部分(3) 飞行器的动态特性分析 ——线性化研究 飞行器的动力学组成 操纵机构的偏转特性(一般采用惯性环节描述) 弹体动力学的特性(特点要复杂) 传统控制中的一些基本概念 时域特性，微分方程(任意复杂的动力学都可以描述，但是对于分析不便) 频域特性，传递函数(只能描述线性对象，但是具有比较直观的物理意义) Taylor展开是一种增量线性化方法，也就是在原始动力学上的摄动关系，描述的是增量方程。 模型简化的一些假设(小扰动) 通道间解耦； 小攻角和小侧滑角，保证发动机正常工作的进气需要； 长周期与短周期(干扰力矩与干扰力的时间快慢相对关系)，研究姿态短周期运动时一般忽略质心长周期运动模态； 阶跃扰动的选择 以纵向俯仰姿态动力学为样本进行推导，举一反三 推导线性方程，得到传递函数 了解系统部确定性产生的根源，为后续深入理解控制系统的鲁棒性奠定基础。 思考：对于民航客机而言，哪项又可以忽略？ 看看各个参数的影响关系 回忆自动控制原理中的这些概念，稳定性的判据 非最小相位系统的概念及带来的问题。 分子出现不稳定零点，造成控制精度不能无限提高，否则会出现输出跟踪良好而控制信号振荡发散的现象。 飞行器的动态特性分析 ——线性化研究 结束 动力学、制导与控制(控制工程) 提纲 开课目的与课程介绍； 飞行力学中的一些基本概念； 飞行器飞行的力学原理； 飞行器动力学与运动学方程组的建立； 飞行器力学的模型简化与分析； 飞行控制的设计； 飞行轨迹与导引(制导)规律设计； 一些新方法的介绍； 第五部分(1) 飞行器力学的模型简化 模型简化的目的 这是本课程的核心所在：通过简化，暴露出问题的主要矛盾，去除次要矛盾，以便于设计时能够抓住重点。这也是一个系统工程师的工作基础。 科学与工程的差异 飞行器运动的分解 飞行器的纵向运动 飞行器的侧向运动(侧滑机动与滚转机动) 飞行器运动的分解 飞行器的纵向运动 飞行器的侧向运动 问题：纵向和侧向二者谁对谁影响更大？ 纵向动力学模型 假设侧向没有任何干扰 复习动力学原理，仔细了解下轨迹改变的原理 横侧向动力学模型 思考： 纵向动力学如何影响横侧向动力学 时间尺度分离原理 不同的运动模态具有不同量级的时间周期常数，如果两个常数相差很大，研究具有小时间常数的运动模态时可以忽略具有很大时间常数的模态； 注意：在全系统数值模拟时，过