鱼雷的自动控制系统、自导系统、线导系统组成的联合制导系统

西北工业大学明德学院本科毕业设计论文

摘要

鱼雷是一种能在水中自动推进、自动控制和引导的航行器，是打击水面舰船和潜艇的进攻性武器。其中的控制系统是鱼雷的中枢，在制导精度和姿态控制中起着举足轻重的作用。随着计算机软硬件、图形及智能模拟等技术的进步，鱼雷控制系统的计算机辅助分析、设计与仿真已成为工程设计及科学研究不可缺少的组成部分。这些技术充分利用计算机的高速运算和处理能力，进行动态系统的建模、分析、设计和仿真，他不仅可以缩短产品的设计周期，减少设计人员的繁杂劳动，而且能够提高产品质量，降低成本。

本文设计以鱼雷航向控制为主体，以MATLAB语言软件为辅助，分析鱼雷航向控制系统的组成及原理和鱼雷控制系统的计算机辅助分析，针对鱼雷控制系统的不稳定、性能指标不满足要求及控制比较复杂的问题,提出了设计鱼雷航向控制系统方案，该方案选取超前控制规律，进行参数计算和选择。采用MATLAB语言对补偿系统进行了仿真和分析，仿真结果表明超前补偿使有效地克服了系统的扰动,增益穿越频率增加，减小了过渡过程时间，导致闭环系统的频带展宽，这对提高系统的响应速度是有益的，满足系统的控制要求，但是系统频带的加宽也会引入不希望的噪音信号。

关键字：鱼雷，控制系统，MATLAB，计算机仿真，超前补偿

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ABSTRACT

The torpedo is a self-propelled in the water, automatic control and guided navigation, is an offensive weapon against surface ships and submarines. The control system is the hub of the torpedo, plays an important role in the guidance precision and attitude control. With the advances in computer hardware and software, graphics, and intelligent simulation technology, computer-aided analysis of the torpedo control system design and simulation has become the engineering design and scientific research an integral part. These techniques take full advantage of the high-speed computing and processing power of the computer, dynamic system modeling, analysis, design and simulation, he not only can shorten the product design cycle, reduce the design of complicated labor, but also to improve product quality, reduce costs.

This paper designed to torpedo heading control, auxiliary of the MATLAB language software to analyze the computer-aided analysis of the composition of the torpedo heading control system and the principle and torpedo control system for torpedo control system instability, the performance does not meet the requirements and control is relativelycomplex problems, design torpedo heading control system, the program select the advanced control law, parameter calculation and selection. MATLAB language to the compensation system simulation and analysis, simulation results show that the lead compensator effectively overcome the disturbance of the system, increase the gain crossover frequency, reduce the time of the transition process, resulting in a closed-loop system band broadening, which improve system the response speed is useful, to meet the control requirements, but the system band broadening will also introduce unwanted noise signal.

KEYWORDS: torpedo, control system, of MATLAB,computer simulation, lead compensation

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目录

第一章 前言 ......................................................... 5

1.1 毕业设计课题研究的意义 ........................................ 5 1.2 毕业设计的主要内容 ............................................ 5 1.3 毕业设计的任务分析 ............................................ 6 第二章 概述 ......................................................... 7

2.1 鱼雷及其自动控制系统的发展 .................................... 7

2.1.1 鱼雷武器的特点和战斗使命 ................................ 7 2.1.2 国内外鱼雷的发展现状 .................................... 8 2.2 鱼雷自动控制系统的基本原理与组成 ............................. 9 2.3 鱼雷自动控制系统的战术技术要求 .............................. 10

2.3.1 自动控制系统的一般性能指标 ............................. 10 2.3.2 鱼雷自动控制系统的主要战术技术指标 ..................... 11

第三章 鱼雷航向控制系统 ............................................ 14

3.1 鱼雷航向控制系统的组成及原理 ................................. 14 3.2 鱼雷航向控制系统的动态分析 .................................. 16

3.2.1 过渡过程 ............................................... 16 3.2.2 过渡过程分析 ........................................... 17 3.2.3 频率特性分析 ........................................... 18 3.3 鱼雷航向控制系统的稳态特性 .................................. 19

3.3.1 航向控制系统的稳态误差 ................................. 19 3.3.2 扰动输入的影响 ......................................... 20

第四章 鱼雷控制系统的计算机辅助分析 ................................ 22

4.1 鱼雷控制系统的稳定性分析 ..................................... 22 4.2 鱼雷控制系统的根轨迹分析 ..................................... 23

4.2.1根轨迹分析的MATLAB实现 ................................. 23 4.2.2 鱼雷侧向运动的根轨迹分析 ............................... 24 4.3 鱼雷控制系统的频域响应分析 ................................... 26

4.3.1 频域响应分析的MATLAB实现 .............................. 26 4.3.2 鱼雷侧向运动的稳定性分析 ............................... 28

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4.4 鱼雷控制系统的时域响应分析 ................................... 33

4.4.1 时域响应分析的MATLAB实现 .............................. 33 4.4.2 鱼雷航向系统的时域响应分析 ............................. 34 4.4.3 时域响应的Simulink建模分析............................ 35

第五章 鱼雷航向控制系统的设计 ...................................... 37

5.1 引言 ........................................................ 37 5.2 系统控制方案 ................................................. 38 5.3 超前补偿 .................................................... 39

5.3.1超前补偿的Bode图设计方法 ............................... 39 5.3.2 Bode图设计的解析方法 ................................... 45 5.4 PD控制器与超前补偿器的比较 ............................ 48

第六章 鱼雷航向控制系统设计结论 ..................................... 50 参考文献 ............................................................ 51 致 谢 ............................................................... 52 毕业设计小结 ........................................................ 53

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