西北工业大学明德学院本科毕业设计论文
(a) 空投或水面发射
（b）潜艇在定深线以上发射
（c） 潜艇在定深线以下发射
图（2-2）各种发射条件下初始非稳定弹道示意图
xg—初期非稳定段距离；?—最大超调量；Hd—袋形深度；Hg—设定深度；Ht—发射
深度
4．对鱼雷横滚角的要求
为了保证自导、引信和控制等系统有良好的工作条件，鱼雷航行时的横滚角应愈小愈好，但不可能为零，鱼雷横滚角容许值有两项指标：平均值和波动幅值。 除以上动态和稳态性能指标要求之外，还有安全可靠性，使用维护方便性，经济性以及对于环境(包括温度、湿度、盐雾、霉菌、振动、冲击等)条件的适应性要求。 上述各项指标要求，可以作为设计鱼雷导航和控制系统的基本依据，但不是绝对不变的，而是根据鱼雷类型的不同，应有不同的要求。一般来说，上述各项性能指标的要求往往是相互制约的。因此，在系统设计时，应抓住主要矛盾进行综合分析权衡，以取得系统的性能指标与经济性和使用效应的最佳匹配。
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第三章 鱼雷航向控制系统
3.1 鱼雷航向控制系统的组成及原理
航向控制系统的主要任务是稳定和控制鱼雷的航向。所谓稳定，是保持鱼雷按设定航向运动，尽可能不受外界干扰的影响，消除鱼雷对设定航向的偏差。所谓控制，是指外加一个控制信号去改变原来的设定航向，是鱼雷到达并保持新的设定航向。
早前出现在鱼雷上而且现在还在某些鱼雷上继续使用的航向控制系统的原理方框图如图3-1所示。其中鱼雷为受控对象，航向陀螺是一个二自由度陀螺仪，作为测量元件，用以敏感鱼雷纵轴相对于设定航向的偏离?，并产生相应的控制信号
?s,加到舵机上，舵机推动直舵偏转，从而操纵鱼雷运动。于是，就构成了鱼雷航
向稳定与控制回路。
图3-1 航向控制系统原理框图
如果略去舵机惯性，则直舵角?r与航向偏差???g??T成比例关系，即
?r??kr??g??T? （3.1）
式中，Kr为航向角到直舵角之间的传递函数，或称传动比。前面的负号是由鱼雷坐标系所规定的正负方向锁引起的，即向左偏航（?T??g）将产生正的（向右）舵角。
式（3.1）表明偏转角与输入信号之间的关系，即舵按什么规律偏转，称之为控制规律（或控制方程）。它描述了控制装置的特性。式（3.1）所表示的控制规律指出，直舵角?r与被控制量的差值成正比，因此，称之为“比例式控制装置”。
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为了说明这种系统的工作原理，先研究?g=常数的情况，也就是保持设定航向稳定的情况。为了讨论方便，假设?g=0在没有干扰时，鱼雷沿设定航向运动，
?T??g， ??0.因而?s=0，舵机不动作，?r =0。若在某种干扰作用下，鱼雷向
左偏离设定航向，雷体纵轴就相对于航向舵螺转子轴向左偏了一个角度?T?0，即
??0，并输出一个与?成比例的苦衷信号?s。在这个信号作用下，舵机推动直舵
向右摆动?r?0，于是产生一个使鱼雷向右转动的力矩My1（?r）< 0在这个力矩
?T趋作用下，鱼雷逐渐回到在这个力矩作用下，鱼雷逐渐回到原来设定的航向上，
向于?g。随着航向偏差的减小，控制信号?s亦随之减少，舵机的反馈信号u?将超过?s，于是舵机输入信号将改变极性，是舵机返回原来的平衡位置，如果干扰消失，稳定过程结束，?T如图3-2所示。
??g，??0，?r?0.如果参数Kr选择合适，稳定过程
图3-2 调整?的过渡过程 图3-3 控制?的过渡过程
现在再来研究控制过程，假设要求鱼雷航向?g的基础上向左旋转??g，即
??g?0，于是鱼雷实际的航向角?T小于要求的航向角（?g???g），航向偏角
????g为正，按控制规律，这时?r?0，直舵向左偏转，是鱼雷向左旋转，随着
?T??g???g，航向偏差?逐渐减小，鱼雷到达要求的航向，直舵在舵机推动下
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回的平衡位置，??0，?r?0，控制任务完成。如果参数Kr选择适当，鱼雷航向的控制过程如图3-3所示。
应当指出，式（3.1）所表示的控制规律没有计及舵回路的时间常数，若考虑舵回路的惯性，上述控制规律应改写成为
KrKr?r????g??T????T??g? (3.2)
T??1T?s?1
式中T?——舵机时间常数。
由于整个航向控制装置的惯性通常主要体现在舵机上，因此T?也是航向控制装置的时间常数。适当选择舵机参数，可使T??0.05s。由于一般舵机的频带比鱼雷运动的自然频率大5-7倍，故在初步设计控制系统时，往往忽略舵机时间常数的影响。
3.2 鱼雷航向控制系统的动态分析
3.2.1 过渡过程
如果不考虑四区，饱和等非线性因素的影响，航向系统的控制规律为：
T?
d?r??r?Kr? （3.3） dt式中Kr为航向偏差至直舵的传递函数，T?为舵机的时间常数。 用时域分析法分析系统过渡过程的步骤： 1.推导出描述系统的微分方程； 2.对微分方程进行拉普拉斯变换； 3.求出系统的特征方程；
4.对方程进行拉普拉斯反变换求出系统的时域解。 根据鱼雷侧向运动的微分方程组 ：对象与控制律联立
??k??k??k???4142y143r??y1?k51??k52?y1?k53?r??? ???y1?????T??r??r?kr?某鱼雷的运动方程过程系数为：
k41??1.3536,k42?0.223,k43?0.113,k51?11.742,k52??5.381,k53?1.883, T??0.05,kr?10.2916
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