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毕业设计-采用超前/滞后补偿方案某型鱼雷航向控制系统设计，共56页，19886字，附外文翻译、答辩PPT
摘 要
鱼雷是一种能在水中自主推进、自动控制和自行引导的水下航行器，具有速度快、航程远、隐蔽性好、命中率高等特点。航向控制系统作为鱼雷的核心部分，在实现精确制导和姿态控制中起着关键性作用，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。
本文为鱼雷航向控制系统设计，鱼雷航向控制系统的任务是根据战术指标对鱼雷的各项参数加以控制，使其按所要求的规律进行变化，实现对鱼雷运动的高精度控制。通过利用计算机辅助分析、设计与仿真等技术对鱼雷控制系统进行相关的建模、分析、设计和仿真。根据鱼雷的类型、用途、特点和对控制系统提出的设计指标，初步确定控制规律，组成原理方案图，初步选择系统参数。该方案选取超前控制规律，进行参数计算和选择。通过计算机仿真，分析系统的稳态和动态特性，从而确定出满足设计指标要求的，并在技术上和结构上都有可能实现的系统方案和结构参数。
关键字：鱼雷，航向控制，仿真，超前补偿

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 heading control system design for torpedo, torpedo heading control system task is based on tactical targets to control the parameters of torpedo so that it changes as required by law, to achieve the high precision control of torpedo. Through the use of computer-aided analysis, design and simulation technology for the torpedo control system related to the modeling, analysis, design and simulation. According to the type of torpedo, uses, characteristics and design of control system of indicators, preliminary control law, architecture programme, initial selection of system parameters. Control law ahead of the programme selected, parameter calculation and choice. Through computer simulation, steady-state and dynamic characteristics analysis system to determine that meets design requirements and the technological and structural systems that are likely to achieve programmatic and structural parameters.
KEYWORDS: torpedo,course control, simulation, lead compensation

目 录
第一章 前言 …………………………………………………………………………1
1.1 毕业设计课题研究的意义 1
1.2 毕业设计的主要内容及任务分析 2
第二章 鱼雷控制系统概述…………………………………………………………4
2.1 鱼雷及其自动控制系统的发展 4
2.1.1 鱼雷武器的特点和战斗使命 4
2.1.2 国内外鱼雷的发展现状 4
2.2 鱼雷自动控制系统的基本原理与组成 6
2.3 鱼雷自动控制系统的战术技术要求 8
2.3.1 自动控制系统的一般性能指标 8
2.3.2 鱼雷自动控制系统的主要战术技术指标 9
第三章 鱼雷航向控制系统…………………………………………………………13
3.1 鱼雷航向控制系统的组成及原理 13
3.2 鱼雷航向控制系统的动态分析 15
3.2.1 过渡过程 15
3.2.2 过渡过程分析 17
3.2.3 频率特性分析 17
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 23
4.3 鱼雷控制系统的频域响应分析 27
4.3.1 频域响应分析的MATLAB实现 27
4.3.2 鱼雷侧向运动的稳定性分析 29
4.4 鱼雷控制系统的时域响应分析 31
4.4.1 时域响应分析的MATLAB实现 31
4.4.2 鱼雷航向系统的时域响应分析 33
4.4.3 时域响应的Simulink建模分析 34
第五章 鱼雷航向控制系统的设计 ………………………………………………36
5.1 引言 36
5.2 超前控制器 37
第六章 鱼雷航向控制系统设计结论………………………………………………46
6.1毕业设计任务 46
6.2毕业设计结论分析 46
参考文献 ……………………………………………………………………………47
致谢 …………………………………………………………………………………48
毕业设计小结 ………………………………………………………………………49

毕业设计的主要内容及任务分析
本论文采用超前补偿方案设计某型鱼雷航向控制系统。
主要分四个方面分析、研究鱼雷航向控制系统：
1. 根据毕业设计任务书，确定控制系统的性能指标
毕业设计任务书是根据鱼雷战术技术指标和总体性能的要求提出来的。由于鱼雷航向控制系统与其总体有相互制约的密切关系，所以往往和鱼雷总体设计结合进行来确定控制系统应具备的战术技术指标，明确对控制系统的一般要求和特殊要求。
技术指标：要求加入所设计控制器后航向控制系统的性能如下：
1).相角裕度Pm45°
2).超调< 25%
3).系统无静差
4).过渡过程时间
性能指标包括：稳定性、稳态精度、调整时间、超调量。
2. 对国内某53口径鱼雷航向控制系统进行分析
1).技术要求：根据给定的国内某53口径鱼雷航向控制系统的结构图如下：
图 1-1 某型鱼雷航向控制结构图
图1-1中：直舵的传递函数： (1-1)
雷体的传递函数为： (1-2)
式中：
主要设计任务：主要完成鱼雷航向控制系统的分析、设计，对比选择合适的控制规律，设计规律，设计鱼雷航向控制系统超前补偿器，重点完成航向系统的计算机辅助分析、设计和仿真。
2).利用MATLAB软件对鱼雷航向控制系统作稳定性分析并给出分析结论;
3). 利用MATLAB软件对鱼雷航向控制系统作根轨迹分析并给出分析结论;
4). 利用MATLAB软件对鱼雷航向控制系统作频率特性分析并给出分析结论;
5). 利用MATLAB软件对鱼雷航向控制系统作时域响应特性分析并给出分析结论;
6).对上述分析作讨论比较。
3. 建立数学模型，提出系统控制方案及校正环节设计
1).分析鱼雷航向控制系统校正环节的作用，以及常用控制规律；
2). 分析超前-滞后补偿器： (1-3)
在鱼雷航向控制系统中使用可行性;
3).分析选择控制规律和校正环节的原则和依据；
4).利用MATLAB软件，设计超前/滞后补偿方案的控制器，选择控制规律整定参数。
4. 对系统进行仿真验证，得出最后结论
1).加入所设计的控制器，利用MATLAB软件仿真，作系统性能分析；
2).与设计要求作比较，修改控制器参数，再仿真，直至满足设计要求；
3).利用SIMULINK软件仿真验证，给出最终设计结论。

主要技术指标
1、相稳定裕度Pm≥45°
2、超调σ＜25%
3、过渡过程时间ts≤2s
4、无静差。