自动驾驶仪(机械类专业毕业论文)--某飞机自动驾驶仪控制系统设计.pdfVIP

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毕业设计（论文）

题目：某飞机自动驾驶仪控制系统设计

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1绪论

1.1自动控制概述

自动控制即在没有人直接干预的情况下，通过控制装置操纵受对象或过程，使之

自动按照预定的规律运行，并具有一定的状态与性能。

一般地说，自动控制是指自动控制的技术。而从其实质内容来看，它是指自动控

制原理与自动控制系统两大部分。

自动控制的几个专业术语分为：受控对象（被操作的机器设备）、被控量（表征

其工况的关键参数）、给定值（机器设备工况参数所希望或所要求达到的值）、干扰

（干扰与破坏系统具有预定性能或预定输出的外来信号作用）、控制器（使受控对象

具有所要求的性能与状态的控制设备）、控制系统（受控对家与控制装置的总体）。

自动控制的任务就是使受控对象的被控量按给定值变化。

1.1.1自动控制系统的发展

人们普遍认为最早应用于工业过程的自动反馈控制器，是JamesWatt于1769

年发明的飞球调节器，它被用来控制蒸汽机的转速。俄国人则断言，最早的具有历史

意义的反馈系统据说是由I.Polzunov于1765年发明的用于水位控制的浮球调节器。

1868年之前，自动控制系统发展的主要特点是凭借直觉的实证性发明。提高控

制系统精度的不懈努力导致人们要解决瞬态振荡问题，甚至是系统稳定性问题，因此

发展自动控制理论便成了当务之急。J.C.Maxwell用微分方程建立了一类调节器的模

型，发展了与控制理论相关的数学理论，其工作重点在于研究不同系统参数对系统性

能的影响。在同一时期，I.AVyshnegradskii建立了调节器的数学理论。

二战之前，控制理论及应用在美国和西欧的发展与它在俄国和东欧的发展采取了

不同的途径。在美国，Bode、Nyquist和Black等人在贝尔电话实验室对电话系统和

电子反馈放大器所做的研究工作，是促进反馈系统应用的主要动力，采用带宽等频域

变量术语的频域方法当初主要是用来描述反馈放大器的工作情况。与此相反，在前苏

联，一些著名的数学家和应用力学家发展和主导着控制理论，因而他们倾向于用微分

方程描述系统的时域方法。

二战期间，自动控制理论及应用得到了巨大的发展。战争需要用反馈控制的方法

设计和建造飞机自动驾驶仪、火炮定位系统、雷达天线控制系统以及其他军用系统。

这些军用系统的复杂性和对高性能的追求，要求拓展已有的控制技术。这导致人们更

加关注控制系统，同时也产生了许多新的见解和方法。1940年以前，控制系统设计

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在绝大部分场合是一门艺术或手艺，用的是“试凑法”。在20世纪40年代，数学和

分析的方法无论在数量还是在实用性方面都有了很大发展，控制工程因而也发展成为

一门工程科学。

随着Laplace变换和频域复平面的广泛应用，频域方法在二战之后仍在控制领域

占据着主导地位。20世纪50年代，控制工程理论的重点是发展和应用s平面方法，

特别是根轨迹法。到80年代，数学计算机用作控制部件已属平常，这些新部件为控

制工程师提供了前所未有的运算速度和精度。在美国，现在安装和使用着逾40万台

控制用数字计算机，它们主要用于过程控制系统，同时也用于多变量同步测量和控制。

随着人造卫星和空间时代的到来，控制工程又有了新的推动力。为导弹和空间探

测器设计复杂、高精度的控制系统成了现实需要。此外，由于既要减轻卫星等飞行器

的重量又要对它们实施精密控制，最优控制因而变得十分重要。正是基于上述需求，

最近20年来，有Liapunov、Minorsky等人提出的时域方法受到了极大的关注。由前

苏联的L.S.Pontryagin和美国的R.Bellman研究提出的最优控制理论，以及近期人

们对鲁棒系统的研究，都为时域方法增色不少，已经众所周知的是，控制工程在进行

控制系统分析与设计时应