哈工大4系飞行器控制实验指导书
飞行器限制试验指导书 限制科学与工程教学试验中心 2005年3月 目 录 一、试验目的和意义 二、试验的基本要求 三、Matlab语言基础 四、试验项目 (一) 试验一 飞行器纵向稳定系统综合设计 (二) 试验二 飞行器侧向稳定器观测器的设计 (三) 试验三 飞行器爬升率与空速的保持与指令限制 (四) 试验四 飞行器3维飞行动画仿真试验 一、试验目的和意义 作为航天学院的学生,驾驭飞行器限制方面的学问是必要的。仅仅通过课堂教学,学生很难切实地驾驭飞行器限制的学问,很难娴熟地应用飞行器限制的方法。为了使学生更深刻地理解飞行器限制方面的学问,开设本试验是必要的。 通过飞行器限制试验,可以使学生更直观地理解课堂上学到的理论,使学生能真正做到理论与实际相结合,会应用课堂上所学到的理论来进行飞行器限制系统的设计,同时,使学生驾驭用Matlab来进行飞行器限制系统分析与设计的方法。 二、试验的基本要求 1. 要求学生能较娴熟地运用限制系统分析设计软件(Matlab)来进行系统分析与设计。 2. 要求学生能娴熟地运用Matlab软件进行编程,并在该软件环境下进行调试。 3. 要求学生驾驭模态限制理论(模态可控、模态可观结构分析;模态限制器设计,模态观测器设计),并编制相应的matlab函数。 4. 要求学生能运用所编制的程序进行飞行器限制系统的分析与综合。 三、Matlab语言基础 (一) matlab软件的编程环境 1. 找到Matlab Matlab软件应用程序的图标为,matlab软件被正确安装后,可以将该图标拖曳到桌面上或快捷工具栏中以便利运用。 2. 启动Matlab 点击Matlab图标会弹出如下窗口 (二) 飞行器限制试验中要用到的matlab语句 1. 赋值语句: A=[0 1 0;0 0 1;-6 -11 -6] 2. 矩阵的维数: [行,列]=size(A) 3. 矩阵的秩: n=rank(A) 4. 矩阵的逆: B=inv(A) 5. 求特征值和特征向量: [V,eva]=eig(A ) V为AT的广义模态矩阵,eva=diag(l1,…,ln) 6. 矩阵的转置: A因为是实数阵所以转置可以用A’,A’是A的共扼转置 而U,V等复数阵的转置要用conj(V’); 7. 子阵的抽取: A(i:j,m:n); A(:,1);A(i,j) 8. 矩阵四则运算: (维数要一样)表达式与标量数值运算同 9. 循环语句: for i=1:1:n+1 程序行 end 10. 条件推断: if(a~=b) 程序行 end 11. 结果显示限制: 语句后面加“;”则不显示结果。 12. 将某个变量从工作区中清除 clear ParaEva; 13. m函数: function [AC,KVT]=SImodectrl(A,B,eva0,eva1) 函数体 end function 要求m文件的文件名与函数名一样。 14. 绘制某个量的关于时间的曲线: plot(t,x(1,:)) 逗号分割两个向量(行或列均可),左边为横坐标,右边为纵坐标 grid 加栅格 axis([x0 x1 y0 y1]) 确定坐标系大小 figure(i) 定义新图,设定当前图 以上语句及其它感爱好的函数、语法的具体运用说明可以参阅MATLAB的帮助。 四、试验报告 飞行器限制试验报告 (试验报告模版在ftp://219.217.250.117/incoming中下载) 班级: 学号: 姓名: 时间:2011年 12月 12日 限制科学与工程教学试验中心 2006年12月 (一) 试验一 飞行器纵向稳定系统综合设计 1.试验要求: (1) 驾驭单输入多模态限制的设计步骤,及各参数的确定; (2) 会用单输入多模态限制方法设计飞行器的稳态限制器; (3) 会用Matlab工具 2. 试验过程:(从Matlab的工作区中将输入和计算过程复制粘贴过来,可以变更一下字体大小和格式) l 表2-1纵向短周期模态的模态限制 (1)飞机原始数学模型 状态变量: 输入变量: A: >> A=[-0.602,1;-15.988,-0.5] A = -0.6020 1.0000 -15.9880 -0.5000 B: >> B=[-0.0848;-9.439] B = -0.0848 -9.4390 (2)A的特征值和特征向量特征向量矩阵(在Matlab干脆计算出来的U的结果上乘以自己的学号(两位)) L: U: V: >> [U,L]=eig(A) U = 0.0031 - 0.2426i 0.0031 + 0.2426i 0.9701 0.9701 L = -0.5510 + 3.9982i 0 0 -0.5510 - 3.9982i >> U=U*28 U = 0.0866 - 6.7928i 0.0866 + 6.7928i 27.1634 27.1634 >> V=conj(inv(U)) V = 0 + 0.0736i 0 - 0.0736i 0.0184 - 0.0002i 0.0184 + 0.0002i (3)配置要求(AC的特征值) LC: >> LC=[-2.1+2.142i;-2.1-2.142i] LC = -2.1000 + 2.1420i -2.1000 - 2.1420i (4)模态可控阵 P: >> P=inv(U)*B P = -0.1737 - 0.0040i -0.1737 + 0.0040i (5)比例限制器增益 K: >> K1=(LC(1)-L(1,1))*(LC(2)-L(1,1))/P(1)/(L(2,2)-L(1,1)) K1 = 9.0606 + 6.2665i >> K2=(LC(1)-L(2,2))*(LC(2)-L(2,2))/P(2)/(L(1,1)-L(2,2)) K2 = 9.0606 - 6.2665i >> K=[K1 K2] K = 9.0606 + 6.2665i 9.0606 - 6.2665i (6)状态反馈增益阵 G: >> G=K1*