自动控制理论开环与闭环思考(从飞行控制角度)

飞行器控制初期是将飞行器作为线性、时不变系统进行分析,线性即输入和输出为线性关系,对应小扰动线化,时不变是指系统性能不随时间变化,对应配平点,飞机在飞行过程中会长时间保持一种状态,比如巡航,速度高度不变,此时作为受控对象,飞机的控制性能是时不变的。应对时变我们是通过增益调度和切换飞行模式的策略实现的。
注:线性关系式通过拉氏变换实现的,这种线性关系是频域视角实现的。时域与频域的关系,相位、幅值、频率实现时域与频域相互映射,相位反映了输入与输出的延迟,延迟与控制系统元器件性能相关,若输入和输出相位相差180°(±号反了),那么结果就是完全相反的,我们的控制相当于火上浇油,输入和输出变化体现在幅值和相位,对于不同的频率这种幅值和相位的变化不同,因此在频域我们主要分析幅频特性和相频特性。
飞机的当前状态由三个量决定:1、初始状态 2、控制量输入 3、外界扰动
外界扰动如风是我们无法控制的(意味着无法通过反馈进行改善,只能改善系统性能来改善),对风这种扰动量的响应完全由飞机的开环性能决定,是否具有稳定性(开环增益可以调节,限制了开环增益范围),稳态误差大小(开环增益越大稳态误差越小),这两个性能是矛盾的,这是我们进行系统开环分析的必要性所在。开环系统性能好意味着飞行器天生丽质,很大程度取决于飞行器气动设计和元器件性能。
控制量输入是我们可以根据反馈进行改善的,可以实现自动控制或是改善人机匹配性能。这算是后天努力,但后天努力也不是万能的。
开环与闭环的联系在于闭环反馈改变了系统的特征方程。

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