《先进飞行控制系统》第(VIII)

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1、先进飞行控制系统第八节课(20121109)第五章典型飞行控制系统分析5.1概述5.2阻尼器与增稳系统5.3控制增稳系统5.4姿态控制系统5.5轨迹控制系统5.6空速与马赫数控制与保持5.1概述描述飞机运动的参数：三个姿态角θ、φ、ψ三个角速度p、q、r两个气流角α、β两个线位移h、Y一个线速度V5.1.1典型飞行控制系统结构5.1.2典型飞行控制系统的分类阻尼器(damper)增稳系统(stabilityaugmentationsystems-SAS)控制增稳系统（controlaugmentationsystem-CAS)自动

2、驾驶仪(Autopilot)5.1.3飞行控制系统的任务和设计目标改善飞行品质固有运动特性：改善俯仰、滚转、偏航阻尼特性和频率特性；操纵（控制）特性，改善飞机对操纵输入信号的响应特性扰动特性：抑制风干扰等；大扰动的控制问题协助航迹控制全自动航迹控制监控和任务规划5.1.4飞控系统的基本性能要求飞控系统设计的规范包括：（详见书P262~P275）1）评定飞机飞行品质可按MIL－F－8785C，GJB185－86（P262-274)2）评定飞控系统品质可按MIL－F－9490D，GJB2191-94评定飞机飞行品质的规范在前面已经介绍

3、过了，本节只简单介绍飞控系统的品质要求。5.1.4飞控系统的基本性能要求姿态角自动控制系统的精度及瞬态响应;角速度控制系统及增稳阻尼系统的技术要求;轨迹（或重心）自动控制系统的精度及瞬态响应要求;具体指标见书P273-274所写飞控系统基本功能包括几方面增稳阻尼的要求姿态的稳定与控制——包括三轴姿态的稳定与控制，航向保持，预选，航向转弯等轨迹的稳定与控制——包括高度、侧向偏离、飞行M控制保持，以及自动进场着陆，地形跟随等。5.2阻尼器与增稳系统5.2.1阻尼器（1）问题的提出：随着飞行包线的扩大，飞机自身的阻尼下降，使驾驶飞机时飞

4、机角速度会出现强烈振荡——这是由飞机（尤其超音速飞机）结构特点造成的。考虑到飞行员操纵过程：例如推、拉杆时，若用力过猛会产生纵向短周期的振荡，即所谓的纵向点头。为便于操纵飞机，有必要增加阻尼器。（2）阻尼器的组成与作用原理作用：阻尼器以飞机角运动作为反馈信号，稳定飞机的角速率增大飞机运动的阻尼，抑制振荡。分类：因为飞机的角运动通常可以分解为绕三轴的角运动，因而阻尼器也有俯仰阻尼器、倾斜阻尼器及航向阻尼器。1）组成：阻尼器由角速率陀螺，放大器和舵回路组成。（2）阻尼器的组成与作用原理阻尼系统：阻尼器与飞机（不是飞控）构成回路（如下图

5、）如同是阻尼比改善了的新飞机，称为飞机—阻尼系统，简称阻尼系统。（2）阻尼器的组成与作用原理2）原理：当飞机角速度信号测量后（以纵向为例）q经放大器、舵回路传递到舵面，使之有个偏角此舵偏角引起舵面力矩，这个力矩显然是由q引起的阻尼力矩（低头，使q受限制）这就增大了飞机的阻尼。（3）俯仰阻尼器（纵向阻尼器）俯仰阻尼器用来增大飞机纵向短周期运动的阻尼。1）最简单控制律：不计助力器及舵机惯性时舵偏角与俯仰角速率成比例，舵面力矩等效于阻尼力矩，增大了飞机阻尼力矩。：机械弹簧：助力器的传递函数：为杆力：飞机短周期运动传递函数系统传函：无阻尼

6、器飞机操纵系统结构图有阻尼器飞机操纵系统结构图系统闭环传函为：其中：为角速率到舵偏角传动比简化闭环传函：式中：适当选择可增大，即增大了阻尼，（）但使　静操纵性阻尼比增大是靠牺牲静操纵性达到的。由于与成反比，变化不大，即固有频率变化不大。(参见书p174例）5.2.2增稳系统（1）问题的引出：现代飞机随着大迎角飞行出现，使飞机静稳定性下降为了提高操纵机动能力，使飞机重心与焦点相对位置发生变化（焦点前移了）这也使系统不稳定。为解决上述问题需要增稳系统。（2）俯仰增稳系统控制律1）控制律为：飞机纵向短周期方程：简化为：增稳系统方程：此时

7、：稳定性增加。但因使飞机阻尼特性下降。（2）俯仰增稳系统控制律2）与过载为比例关系（迎角的准确测量不易）飞机方程变为：则控制律可为：同样可得：加入上述控制律后，可提高系统的静稳定性，但会降低系统阻尼特性。（2）俯仰增稳系统控制律为使飞机既有良好的静稳定性又有足够的阻尼比，控制律中必须包括n（或）与角速率q两种信号，于是纵向比例式增稳系统的控制律为：（2）俯仰增稳系统控制律3）特点：控制律中含信号―对飞机起增大阻尼比的作用控制律中与输入信号q，n成比例关系，称为比例式的控制律若引入输入信号的积分，使输出与输入信号之间成积分关系，则为

8、积分式控制律：4）分析：联立获得增稳系统——飞机系统方程（称新系统）对新系统进行根轨迹，频率特性，时域特性分析，计算，及操纵性指标等特征性参数，然后与“规范”相对比，给出结论（3）偏航增稳系统控制律飞机细长，立尾面积过小，飞行速度大，飞机航向静安定