資源描述：
《共軸雙旋翼直升機課件.ppt》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、共軸雙旋翼直升機懸停方向的控制小組成員：李萍、李凱、周穎、陽海兵、陽榮貴、唐才政、陳健制作時間：2013年11月摘要主要目的：設(shè)計共軸雙旋翼直升機懸停方向的控制主要名詞：共軸雙旋翼直升機、串聯(lián)校正、穩(wěn)定性、穩(wěn)態(tài)性能、動態(tài)性能自動控制：在沒有人直接參與的情況下，利用外加的設(shè)備或裝置（稱控制裝置或控制器），機器、設(shè)備或生產(chǎn)過程（統(tǒng)稱被控對象）的某個工作狀態(tài)或參數(shù)（即被控量）自動地按照預定的規(guī)律運行。名詞解釋雙旋翼共軸式直升機：雙旋翼共軸式直升機主要優(yōu)點是結(jié)構(gòu)緊湊，外形尺寸小。這種直升機因無尾槳，所以也就不露要裝長長的尾梁，機身長度也可以大大縮短。有兩副旋翼產(chǎn)生升力，每副旋翼
2、的直徑也可以縮短。機體部件可以緊湊地安排在直升機重心處，所以飛行穩(wěn)定性好，也便于操縱。與單旋翼帶尾槳直升機相比，其操縱效率明顯有所提高。此外。共軸式直升機氣動力對稱，其懸停效率也比較高。串聯(lián)校正：串聯(lián)校正是將校正裝置Gc（s）串聯(lián)在系統(tǒng)的前向通道中，串聯(lián)校正裝置的設(shè)計是根據(jù)系統(tǒng)固有部分的傳遞函數(shù)Go（s）和對系統(tǒng)的性能指標要求來進行的。穩(wěn)定性：系統(tǒng)受到外作用后其動態(tài)過程的振蕩傾向和系統(tǒng)恢復平衡的能力。穩(wěn)態(tài)性能和動態(tài)性能：在典型輸入信號下，控制系統(tǒng)的時間響應(yīng)由動態(tài)過程和穩(wěn)態(tài)過程兩部分組成。動態(tài)過程又稱過渡過程或瞬態(tài)過程，指系統(tǒng)在典型輸入信號作用下'，系統(tǒng)輸出量從開始狀態(tài)到
3、最終狀態(tài)的響應(yīng)過程。穩(wěn)態(tài)過程是指當時間？趨近于無窮大時，系統(tǒng)輸出狀態(tài)的表現(xiàn)形式。在典型輸入信號作用下，控制系統(tǒng)的性能指標通常由動態(tài)性能指標和穩(wěn)態(tài)性能指標兩部分組成。共軸雙旋翼直升機共軸雙旋翼共軸圖目錄一：建模（一）被控對象數(shù)學建模二：被控對象特性分析（一）系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差和穩(wěn)態(tài)偏差（二）被控對象具體的特性分析（三）校正方式三：結(jié)論一、建模(一)、直流電動機數(shù)學模型1.列寫RC電路微分方程，如圖1所示。圖RC電路系統(tǒng)2.列寫電樞控制的他勵直流電動機的微分方程，如圖2所示。圖2他勵直流電動機（一）、被控對象數(shù)學模型共軸雙旋翼直升機懸停方向的控制是角動量守恒定律的應(yīng)用。直升機在
4、發(fā)動前，系統(tǒng)的總角動量為零。在發(fā)動后，旋翼在水平面內(nèi)高速轉(zhuǎn)動，系統(tǒng)會出現(xiàn)一個豎直向上的角動量。由旋翼產(chǎn)生的升力豎直向上，方向通過大致與機身垂直的直立軸，飛機受重力也通過該軸，升力和重力對該軸均不產(chǎn)生力矩，故系統(tǒng)的角動量守恒。雙旋翼直升機在直立軸上安裝了一對向相反方向旋轉(zhuǎn)的旋翼，通過對兩旋翼旋轉(zhuǎn)角速度的控制，實現(xiàn)直升機懸停方向的改變。共軸雙旋翼直升機通過兩個旋翼的差動旋轉(zhuǎn)，進而將直升機懸停在預定位置，因此需要精確控制的變量是直升機的懸停方向。控制系統(tǒng)的輸入量是預期的直升機的懸停方向，輸出量即為實際的懸停方向。假設(shè)（1）上下旋翼均為三葉槳，且尺寸，重量等各種物理參數(shù)均相同（
5、2）上下旋翼旋轉(zhuǎn)軸通過機身質(zhì)心；（3）機身外形簡化成體積相同的長方體，質(zhì)心位于其幾何中心。上下旋翼的每葉槳的轉(zhuǎn)動慣量為（1代表上旋翼，2代表下旋翼）機身的轉(zhuǎn)動慣量為根據(jù)角動量守恒得到方程，即令，（式中正負號代表方向）得到二、被控對象特性分析自動控制系統(tǒng)的輸出量一般都包含著兩個分量：一個是暫態(tài)分量，另一個是穩(wěn)態(tài)分量。暫態(tài)分量反映控制系統(tǒng)的動態(tài)性能。對于穩(wěn)定的系統(tǒng)，暫態(tài)分量隨著時間的推移，將逐漸減小并最終趨于零。穩(wěn)態(tài)分量反映控制系統(tǒng)跟蹤給定量和抑制擾動量的能力和準確度。對于穩(wěn)定的系統(tǒng)來說，穩(wěn)態(tài)性能的優(yōu)劣一般是以穩(wěn)態(tài)誤差的大小來度量。由于穩(wěn)態(tài)誤差始終存在于系統(tǒng)工作過程之中，因
6、此在設(shè)計控制系統(tǒng)時，除了首先要保證系統(tǒng)能穩(wěn)定運行外，其次就是要求系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差小于規(guī)定的容許值。（一）、系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差和穩(wěn)態(tài)偏差（二）、被控制對象的具體特性分析1.本控制系統(tǒng)的被控對象是共軸的兩個旋翼，控制量是兩旋翼的旋轉(zhuǎn)角速度。根據(jù)數(shù)學建模的分析，得到傳遞函數(shù)：由以上假設(shè)可知進而得到式中2.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖化簡的系統(tǒng)圖如下：3.系統(tǒng)穩(wěn)定性(輸入輸出穩(wěn)定性):對任何有界輸入產(chǎn)生有界輸出的系統(tǒng)成為穩(wěn)定系統(tǒng)。這種性質(zhì)保證了系統(tǒng)的絕對穩(wěn)定性。對穩(wěn)定系統(tǒng)而言，在穩(wěn)定的前提下，還可以討論系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性。民航客機就比戰(zhàn)斗機更加穩(wěn)定。理解4.穩(wěn)定性分析根據(jù)勞斯判據(jù)，系統(tǒng)穩(wěn)定需滿足勞斯穩(wěn)定
7、性判據(jù)（1）系統(tǒng)穩(wěn)定的必要條件:特征方程中所有項的系數(shù)均大于0（同號）；只要有1項等于或小于0，則為不穩(wěn)定系統(tǒng)。 （2）系統(tǒng)穩(wěn)定的充分條件：勞斯表第一列元素均大于0（同號）。 （3）系統(tǒng)不穩(wěn)定的充分條件：勞斯表第一列若出現(xiàn)小于0的元素，則系統(tǒng)不穩(wěn)定。且第一列元素符號改變的次數(shù)等于系統(tǒng)正實部根的個數(shù)。5.穩(wěn)態(tài)性能分析此系統(tǒng)為Ⅰ型系統(tǒng)因此，要求系統(tǒng)具有較高的穩(wěn)態(tài)性能，需設(shè)置合理的K值在擾動信號作用下，系統(tǒng)具有擾動誤差，擾動誤差傳遞函數(shù)為所以擾動作用下的穩(wěn)態(tài)誤差為式中因此只要滿足在滿足穩(wěn)態(tài)誤差很小的前提下，擾動誤差就可以削弱到很小。分析擾動誤差
