《飞行控制系统》第五章典型飞行控制系统工作原理

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1、第五章典型飞行控制系统分析飞机－阻尼器与增稳系统控制增稳系统飞机的姿态控制系统飞机纵向轨迹控制系统飞机横向轨迹控制系统空速与马赫数控制与保持概述描述飞机运动的参数：三个姿态角三个角速度两个气流角两个线位移一个线速度概述典型飞行控制系统结构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)自动驾驶仪(Autopilot)飞行控制系统的任务和设计目标改善飞行品质固有运

2、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：风干扰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P263~P274）1）评定飞机飞行品质可按MIL－F－8785C，GJB185－86（P263-273)2）评定飞控系统品质可按MIL－F－9490D飞机飞行品质纵向飞行品质:速度稳定性（纵向静稳定性，沉浮稳定性，飞行轨迹稳定性）;纵向机动特性（等评价等级参数，短周期阻尼比，操纵期

3、望参数）;CAP是升降舵阶跃变化时飞机初始俯仰角加速度与稳态法向过载之比，反映飞行航迹是否易于控制纵向操纵性。飞机飞行品质侧向飞行品质:荷兰滚模态;滚转模态——滚转模态时间常数;螺旋模态——最小倍幅时间。高阶系统的飞行品质评价方法C*准则——时域内评价飞机的纵向飞行品质（考虑飞机法向过载（高速飞行）和俯仰角速率（低速飞行））D*准则——时域内评价飞机的侧向飞行品质（考虑飞机侧向加速度（高动压）和侧滑（低动压））等效系统法（参见书p272-P273)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;

4、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所写飞控系统品质包括：姿态保持，航向保持，航向选择，稳态倾斜转弯中的协调，滚转时的侧向加速度限制，水平直线飞行中的协调，高度保持，M数保持，空速保持，自动导航，自动进厂，自动着陆的要求。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。§2阻尼器

5、与增稳系统一、飞机－阻尼器系统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。飞机操纵机构飞机结构特点及受空气动力影响情况为满足大包线，及良好的飞行性能要求，飞机设计时采用薄的翼型，小的展弦比和具有上反效应的大后掠前缘的三角翼，这使横向静稳定导数为减少阻力，而尽量减小机身的截面积，即机身细长

6、，机翼又薄，机载设备大部分都装到机身上使质量加大，于是飞机绕立轴及横轴的转动惯量都增大了，而绕纵轴的飞机以大M数飞行时，平尾升力系数，舵面效率降低，加上高空时，使飞机横侧阻尼减小，使超音速飞行时，飞机会发生严重飘摆现象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、倾斜阻尼器及偏航阻尼器。组成：阻尼器由角速率陀螺，放大器和舵回路组成。舵回路中包括串联副舵机，反馈元件

7、，总和元件阻尼系统：阻尼器与飞机（不是飞控）构成回路（如下图）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。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。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

8、：为杆力：飞机短周期运动传递函数系统传函：无阻尼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）2）考虑助力器及舵回路惯性时阻尼器控制律助力器传递函数为一阶惯性环节：舵回路传递函数为二阶环节：阻尼器控制律为：惯性环节及振荡