飞机模型和自动驾驶仪配置

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发行。反馈结构包括控制音高速率的内环和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

用于噪声衰减和限制控制带宽作为对未建模动态一个保障。可调部件橙色高亮显示。

图1：纵向自动驾驶仪的配置。

飞机模型有5状态模型中，状态变量是所述空气动力学速度（米/秒），该爬升角（rad），攻击角度（弧度），俯仰速率（弧度/秒），并且高度（M）。电梯偏转（弧度）用于控制垂直负载因数．开环动态包括振动与频率和阻尼比= 1.7 (rad/s)和= 0.33，垂直模式= 0.64（rad / s）和= 0.06，慢高度模式= -0.0026。

加载Concordedata.G.BODE（G，{1E-3,1E2}），网格标题（“飞机模型”）

注意原点的零．由于此为零，我们无法达到零稳态错误，而是必须关注对加速命令的瞬态响应。请注意，加速命令本质上是瞬态的，因此稳态行为不是一个问题。此原产地的这种零也排除了纯积分动作，因此我们使用伪积分器借= 0.001。

优化设置

当控制系统在Simulink中建模时，您可以使用万博1manbetxslTuner接口来快速设置调优任务。打开自动驾驶仪的S万博1manbetximulink模型。

Open_System（'rct_concorde'）

配置slTuner通过在Simulink模型中列出调谐块（以橙色突出显示）来列出界面。万博1manbetx这将自动选择模型中的所有线性分析点作为分析和调整的兴趣点。

ST0 = slTuner ('rct_concorde'，{'ki'那'kp'那'kq'那'Kf个'那'relloff'}）;

这也参数化每个调谐块并初始化基于它们在Simulink模型值的块参数。万博1manbetx请注意，这四个收益ki，kp，kq，kf在此示例中初始化为零。默认滚动过滤器被参数作为一个通用的二阶传递函数。为了参数作为

创造真正的参数，构建上面显示的传递函数，并将其与之相关联滚降块。

WN =雷阿尔卑（'WN'，3）;%固有频率ζ电=雷阿尔卑（“ζ”，0.8）;％阻尼往复= TF（WN ^ 2，[1 2 *ζ电* WN WN ^ 2]）;％参数传递函数setBlockParam（ST0，'relloff'，fro）％使用fro以参数化“rolloff”块

设计要求

必须调整自动驾驶仪以满足三种主要设计要求：

1。设定值跟踪：响应该命令应密切配合参考模型的响应：

该参考模型指定具有2个秒的沉降时间的良好阻尼响应。

2。高频碾轧：噪声信号的闭环响应应该滚下过去8弧度/秒与至少-40分贝/ decade的斜率。

3.稳定裕度：本稳定裕度在工厂输入应至少为7 dB和45度。

对于给定的跟踪，我们要求该命令的闭环传递的增益跟踪误差是在频带[0.05,5]弧度/秒（回想我们不能驱动稳态误差为零，因为在s = 0的零植物的）小。使用几个频点，画出最大的跟踪误差作为频率的函数，并用它来限制从增益到目前为止．

freqs = [0.005 0.05 5 50];收益= [5 0.05 0.05 5];req1 = tuninggoal.gain（“Nzc”那'E'，FRD（收益，Freqs））;req1.name ='最大跟踪错误';

当TuningGoal.Gain构造函数自动将最大错误草图变为平滑的加权功能。使用viewGoal要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，以限制来自噪声输入的高频增益并在8到800 rad / s的频带中强制执行-40 dB / deade斜率

freqs = [0.8 8 800];gains = [10 1 1e-4];req2 = tuninggoal.gain（'n'那'delta_m'，FRD（收益，Freqs））;Req2.Name ='滚动要求';viewGoal（REQ2）

最后，注册设备输入作为开环分析和使用网站TuningGoal.Margins.捕捉稳定性保证金要求。

addpoint（st0，'delta_m'）REQ3 = TuningGoal.Margins（'delta_m'，7,45）;

自动驾驶仪调整

我们现在准备调整自动驾驶仪与参数systune．该命令接受未调优的配置ST0以及三种设计要求并返回调谐版本圣ofST0．当最终值小于一个满足所有要求。

[st，fsoft] = systune（st0，[req1 req2 req3]）;

Final：Soft = 0.968，硬= -inf，迭代= 140

使用showTunable要查看调谐块值。

showTunable（ST）

块1：rct_concorde / KI = d = U1 Y1 -0.03059名称：文中的静态增益。-----------------------------------块2：rct_concorde / KP = d = U1 Y1 -0.008714名称：KP静态增益。-----------------------------------块3：rct_concorde / KQ = d = U1 Y1 -0.2909名称：KQ静态增益。-----------------------------------块4：rct_concorde / KF = d = U1 Y1 -0.0237名称：KF静态增益。----------------------------------- WN = 4.84 -----------------------------------ζ电= 0.515

要获取的调整值,使用getBlockValue评估来回用于调谐参数值圣：

来回= getBlockValue(圣,'relloff'）;特遣部队(来回)

ANS = 23.4 ----------------- S ^ 2 + 4.98 S + 23.4连续时间传递函数。

最后，使用viewGoal要以图形方式验证满足所有要求。

图（“位置”，[100,100,550,710]）ViewGoal（[req1 req2 req3]，st）

闭环仿真

我们现在确认调整自动驾驶仪满足设计要求。首先比较的阶跃响应与参考模型的阶跃响应．再次使用getIOTransfer计算来自的调谐闭环传输Nzc到目前为止新西兰：

gref = tf（1.7 ^ 2，[1 2 * 0.7 * 1.7 1.7 ^ 2]）;％参考模型T = getIOTransfer（ST，“Nzc”那'NZ'）;％的转移NZC  - >的Nz图中,步骤(T)'B'，gref，'B--'，6），网格，ylabel（'n_z'），图例（'实际反应'那“参考模型”）

也绘制偏转以及前馈和反馈路径的各自贡献：

T = getIOTransfer（ST，“Nzc”那'delta_m'）;% transfer转移KF = getBlockValue（ST，'Kf个'）;KF的％调谐值tff = fro * kf;%前馈对m的贡献步骤（t，'B'，TFF，'g--'，T-TFF，'r-'。，6），网格ylabel（'\ delta_m'），图例（“合计”那“前馈”那“反馈”）

最后，通过计算在开环响应查询的滚降和稳定裕度的要求．

ol = getlooptransfer（st，'delta_m'，-1）;％负反馈回路传输边缘（OL）;网格;XLIM（[1E-3,1E2]）;

Bode曲线图证实过去8弧度滚降-40 dB /十倍频的/ S和表示超过10分贝和70度的增益和相位裕度。