飞机模型和自动驾驶配置

超音速客机在0.7马赫和5000英尺飞行时的纵向自动驾驶仪如图1所示。自动驾驶仪的主要目的是遵循垂直加速指令由飞行员签发。反馈结构由控制螺距速率的内环组成以及控制垂直加速度的外环．自动驾驶仪还包括前馈组件和参考模型指定对步骤命令的期望响应．最后是二阶滚转滤波器

用于衰减噪声和限制控制带宽，以防止未建模的动力学。可调组件以橙色突出显示。

图1:纵向自动驾驶仪配置。

飞机模型是一个五状态模型，状态变量是空气动力速度吗(m/s)，上升角度(rad)，攻角(rad)，音高速率(rad/s)，以及高度(m).电梯偏转(rad)用于控制垂直载荷系数．开环动力学包括振动与频率和阻尼比= 1.7 (rad/s)和= 0.33, phugoid模式= 0.64 (rad/s)和= 0.06，以及慢速高度模式= -0.0026。

负载ConcordeDataG波德(G, {1 e - 3, 1 e2}),网格标题(“飞机模型”）

注意在原点处的0．因为这个零，我们不能实现零稳态误差，而必须关注对加速命令的瞬态响应。注意，加速命令在本质上是瞬态的，所以稳态行为不是一个问题。原点处的这个零也排除了纯积分作用，所以我们使用伪积分器与= 0.001。

优化设置

当控制系统在Simulink中建模时，您可以使用金宝appslTuner接口来快速设置调优任务。打开自动驾驶仪的S金宝appimulink模型。

open_system (“rct_concorde”）

配置slTuner通过在Simulink模型中列出调优的块(用橙色突出显示)来实现接口。金宝app这将自动选择模型中的所有线性分析点作为分析和调优的兴趣点。

ST0 = slTuner (“rct_concorde”, {“吻”，“金伯利进程”，“Kq”，Kf的，的滚边}）;

这还将参数化每个调优的块，并基于它们在Simulink模型中的值初始化块参数。金宝app注意四个增益Ki、Kp Kq Kf在本例中初始化为零。默认情况下，滚动过滤被参数化为一个一般的二阶传递函数。将它参数化为

创建真正的参数，构建上面所示的传递函数，并将其与滚边块。

wn = realp (“wn”3);%固有频率ζ= realp (“ζ”, 0.8);%阻尼Fro = tf(wn^2，[1 2*zeta*wn ^2]);参数传递函数setBlockParam (ST0的滚边来回)%使用Fro参数化“RollOff”块

设计要求

自动驾驶仪必须调整以满足三个主要的设计要求:

1.选点跟踪响应:到命令应与参考模型的反应紧密匹配:

这个参考模型指定了一个2秒稳定时间的良好阻尼响应。

2.高频碾轧:噪声信号的闭环响应应滚动超过8 rad/s，斜率至少为-40 dB/decade。

3.稳定的利润:工厂投入时的稳定裕度应至少7分贝和45度。

对于设定点跟踪，我们要求闭环从指令传输的增益跟踪误差在频带[0.05,5]rad/s很小(回想一下，我们不能将稳态误差驱动到零，因为在s=0时，工厂为零)。利用几个频率点，画出最大跟踪误差作为频率的函数，并用它来限制增益来．

频率= [0.005 0.05 5 50];收益= [5 0.05 0.05 5];Req1 = TuningGoal。获得(“Nzc”，“e”的朋友(收益,频率));Req1。Name =“最大跟踪误差”；

的TuningGoal。获得构造函数自动将最大误差图转换为平滑的加权函数。使用viewGoal以图形方式验证所需的错误配置文件。

viewGoal (Req1)

重复相同的过程来限制高频增益从噪声输入并在8到800 rad/s的频带内强制执行-40 dB/decade斜率

频率= [0.8 8 800];增益= [10 1 1e-4];Req2 = TuningGoal。获得(“n”，“delta_m”的朋友(收益,频率));Req2。Name =“碾轧的要求”；viewGoal (Req2)

最后，注册植物输入作为开环分析和使用的站点TuningGoal。利润率以获取稳定保证金要求。

addPoint (ST0“delta_m”Req3 =调优目标。利润(“delta_m”7、45);

自动调优

我们现在准备用systune．该命令接受未调优的配置ST0和三个设计要求，并返回调优版本圣的ST0．当最终值小于1时，所有要求都得到满足。

[ST,fSoft] = systune(ST0，[Req1 Req2 Req3]);

Final: Soft = 0.968, Hard = -Inf, Iterations = 140

使用showTunable查看调优后的块值。

showTunable (ST)

Block 1: rct_concorde/Ki = D = u1 y1 -0.03059名称:Ki静态增益。----------------------------------- 块2:rct_concorde / Kp = D = -0.008714 u1 y1名称:Kp静态增益。----------------------------------- 块3:rct_concorde / Kq = D = -0.2909 u1 y1名称:Kq静态增益。----------------------------------- 第四块:rct_concorde / Kf u1日元= D = -0.0237名称:Kf静态增益。----------------------------------- wn = 4.84  ----------------------------------- ζ= 0.515

的调优值,使用getBlockValue评估摇来摇去中的调优参数值圣：

来回= getBlockValue(圣,的滚边）;特遣部队(来回)

ans = 23.4  ------------------- s ^ 2 + 4.98 + 23.4连续时间传递函数。

最后,使用viewGoal以图形方式验证所有的需求都得到满足。

图(“位置”，[100,100,550,710])视图目标([Req1 Req2 Req3,ST)

闭环仿真

现在我们验证调整后的自动驾驶仪是否满足设计要求。首先比较的阶跃响应与参考模型的阶跃响应．再次使用getIOTransfer来计算调谐的闭环传输Nzc来新西兰：

Gref = tf(1.7^2，[1 2*0.7*1.7 ^2]);%参考模型T = getIOTransfer(圣“Nzc”，“新西兰”）;%转让图中,步骤(T)“b”Gref,“b——”6)、网格,ylabel (“N_z”),传说(“实际响应”，“参考模型”）

也画出挠度前馈和反馈路径的贡献分别为:

T = getIOTransfer(圣“Nzc”，“delta_m”）;% transfer转移Kf = getBlockValue(圣,Kf的）;Kf的调谐值Tff =来回* Kf;%前馈对m的贡献步骤(T)“b”Tff,“g——”T-Tff,r -。6)、网格ylabel (“\ delta_m”),传说(“总”，“前馈”，“反馈”）

最后，通过计算开环响应，检查滚转和稳定裕度要求．

OL = getLoopTransfer(圣,“delta_m”1);负反馈循环传输%保证金(OL);网格;xlim ([1 e - 3, 1 e2]);

博德图证实了-40 dB/ 10年的8 rad/s衰减，并表明增益和相位裕度超过10 dB和70度。