飞行器自动控制导论.docx

本文格式为Word版，下载可任意编辑飞行器自动控制导论 第六章 典型飞行自动操纵系统的工作原理 6.1 概述 6.1.1典型飞行自动操纵系统的组成 描述飞机运动的参数有三个容貌角（?、?、?）、两个气流角（?、?）、两个线位移（H、Y）及一个线速度（V）飞行操纵的作用，就是应用负反应操纵原理对上述参数的片面或全部举行操纵有时也根据需要也可操纵与速度V和迎角?有关的马赫数M及法向过载实际上飞行自动操纵就是按确定飞行操纵律，输出三个舵偏角（?e、?r及?a）及油门?T对飞行器实现闭环操纵 典型飞行自动操纵系统一般包括三个反应回路：舵回路、稳定回路和操纵（制导）回路 舵回路通常是一个随动系统（或称为伺服系统），一般包括舵机、反应部件和放大器，如图6.1-1所示舵回路中的舵机作为执行机构带动舵面偏转 - ?m W1(s)舵面 测速机 位置传感器 图6.1-1 舵回路方框图 舵回路中有两个反应回路：位置反应回路，使操纵信号与舵机输出信号成比例关系，速度反应回路，增加舵回路阻尼，改善舵回路的动态性能 假设敏感部件是测量飞机的容貌，测量敏感部件、放大计算装置与舵回路构成自动驾驶仪，自动驾驶仪和飞机构成了飞行器的稳定回路，主要起稳定和操纵飞机的容貌的作用。

典型的稳定回路如图6.1-2所示 放大计算装置 - 舵回路 飞机 敏感元件 图6.1-2 稳定回路 由稳定回路和飞机重心位置测量部件以及描述飞机空间几何关系的运动环节，组成更大的回路，称为操纵（或称制导回路），如图6-3所示主要起稳定和操纵飞机的运动轨迹的作用 接收机 - 放大计算装置 舵回路 飞机 运动学环节 敏感元件 操纵回路 图6.1-3 操纵（或制导）回路 6.1.2 纵向操纵 飞行器纵向扰动运动，一般由短周期模态运动和长周期模态运动组成随着飞行器的速度越来越快，飞行高度越来越高，飞行包线范围扩大，欲使飞行器在整个包线范围内得志飞行品质要求，普遍采用反应操纵技术例如高空飞行时，飞行器的阻尼特性往往变差，短周期模态特性趋于恶化，造成操纵回响过程中超调量过大，振荡加剧，严重影响飞行任务的完成，此时，可以在纵向通道引入适当的反应可以改善飞行品质又如当飞行器要完成保持容貌角或等速V飞行时，即使飞行器具有良好的短周期模态时，但由于长周期模态振荡频率较低，衰减较慢，甚至是慢发散的要实现上述任务时，要求驾驶员经常操纵舵面加以操纵，并且过程很长。

为了减轻驾驶员负担，精确地完成上述任务，需要抑制沉浮运动，同样可以引入适当反应信号达成目的如要完成定高飞行，除了使飞行具有良好短周期模态和长周期模态外，还可以引入高度反应，完全脱离驾驶员操纵实现保 持高度的自动飞行 1）俯仰角稳定与操纵 俯仰角稳定与操纵回路一般需要俯仰角和俯仰角速度反应，操纵布局如图6.1-4所示 升降舵偏转指令 前向操纵通道 - 俯仰角速度增益 俯仰角 俯仰角速度 图6.1-4 俯仰角稳定与操纵布局 前向操纵通道可采用比例或比例+积分的形式，采用比例形式时存在静差，采用比例+积分形式时操纵没有静差，根据概括需求选择前向操纵通道的形式俯仰角速度反应用于增加短周期阻尼 2）高度操纵 高度操纵由俯仰内回路和外回路组成俯仰内回路一般需要俯仰角和俯仰角速度反应组成，高度操纵的外回路一般采用比例+微分的形式，如图6.1-5所示 高度 - 给定高度 高度比例 升降舵偏转指令 - 升降速度前向操纵通道 - 俯仰角速度增益 俯仰角速度 升降速度 俯仰角 图6.1-5 高度操纵布局 3）航迹倾斜角操纵 航迹倾斜角操纵主要用于飞行器的爬升/下滑（下降）段，航迹倾斜角操纵作为外回路，俯仰角操纵作为内回路，如图6.1-6所示。

俯仰角内回路 PID 给定航迹倾斜角 - 航迹倾斜角反应 俯仰角给定指令 图6.1-6航迹倾斜角操纵框图 4）空速操纵 空速操纵通常包括油门自动操纵方案、俯仰空速操纵和阻力空速操纵 1 俯仰空速操纵 通过操纵升降舵，变更俯仰角以操纵空速其实质是升降舵变更俯仰角，变更重力在飞行速度方向上的投影，引起飞行加速度变化，从而操纵了速度，俯仰空速操纵布局如图6.1-7所示 空速 - 给定空速 空速比例 升降舵偏转指令 空速积分增益 ? - 前向操纵通道 - 俯仰角速度增益 俯仰角速度 俯仰角 图6.1-7俯仰空速操纵布局 将空速传感器换成M数测量元件，可实现M数的自动操纵由于此方案油门杆不操纵，调速范围受到限制 2 油门自动操纵系统 通过操纵油门大小，变更发动机推力以操纵空速，如图6.1-8所示 给定空速 - 空速 空速比例 空速积分增益 自动驾驶仪 H,? ?e ? 飞行器 ?T V 图6.1-8 油门自动操纵系统与自动驾驶仪 由于自动驾驶仪工作，所以与单独操纵油门杆的结果不同，自动驾驶仪可以稳定高度及俯仰角。

假设自动驾驶仪处于保持高度状态，在稳定过程中，空速向量始终处于水平状态，重力的切向投影等于零，油门杆位移引起推力增量直接全部对空速起作用若自动驾驶仪处于保持俯仰角状态，当推力变更时，迎角及航迹倾斜角会发生变化，飞行器的高度会变化，即推力增量不是全部对空速起作用 3 阻力空速操纵 阻力空速操纵通过阻力板的偏转变更阻力实现空速的操纵阻力空速操纵布局如图6-9所示 给定空速 - 空速比例 阻力板开度指令 空速积分增益 ? 空速 图6.1-9 阻力空速操纵布局 6.1.3 横侧向操纵 随着飞行速度、飞行高度变更，飞行器横侧向动态特性变化较大，在高空高速时往往得不到对比合意的飞行品质，主要表现在滚转模态时间常数偏大，荷兰滚模态阻尼缺乏，从而横侧向操作困难目前往往采用给方向舵或副翼引入相应的反应信号予以改善 另外，螺旋模态的时间常数一般较大，可正可负在受到扰动后，飞行器 — 6 —。