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《飞机操纵系统建模与仿真和故障分析1》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、摘 要 通过对某型飞机纵向操纵系统组成、结构及功能分析,将系统分布参数集中化处理,利用等效动态模型法建立了从电动舵机到舵面的数学模型。在MATLAB环境下以模块化方法进行系统仿真,得到与实际系统静态、动态响应相吻合的仿真模型。将此模型等效降阶成二阶模型,结合飞机纵向运动方程及飞行控制律,得到飞机飞行状态的动态响应,这个响应与真实情况更加接近。此模型可应用于调整飞机自动驾驶仪参数和评价飞机飞行品质。关键词:操纵系统;故障分析;建模;仿真ModelingandSimulationofVehicleControlSystem19Abstract:Acompletemathe
2、maticalmodelofavehiclecontrolsystemformElectromechanicalActuatortoElevatorisestablishedafteranalyzingtheElevatormechanicalstructureofit.Wemodeleditbymeansofcentralizingthedistributedsystemparametersandestablishingitwithdynamicmodeling.ByusingMatlab?Simulink,thesimulationresultsshowthatt
3、hemodelisidenticaltotherealoneinbothstaticanddynamicperformance.Thepracticalhighordersystemmodelisequivalenttoalowordermodel.CombiningwiththeAircraftlognitudinalstateequationandtheflightcontrollaw,amorereliableresponseoftheautonomousflightcanbegotten.Themodelisvaluabletotheanalysisofthe
4、paramtersoftheflightcontrollawandtheflightquality.Keywords:vehiclecontrolsystem,dynamicequivalentmodel,modeling,simulation引 言19在飞机设计阶段,为了考察飞机操纵系统对飞机自动驾驶仪参数的影响,需要建立完整的飞机飞行操纵系统数学模型。目前在研究飞机操纵系统时,一般是将从舵机到操纵舵面的机械传动部分处理成一阶惯性环节。这种方法的好处是系统的总体阶次较低,缺点是所采用的一阶惯性环节不能很好地拟合真实系统的响应,致使所建立的系统模型误差较大,在动态特性
5、上很难与实际系统一致。因而在研究飞机操纵系统时,有必要将机械操纵部分建立成相对完整的数学模型,这个模型要能在某种程度上再现真实系统的性能。本文从机械操纵部分的动态模型着手,首先建立从电动舵机到舵面的高阶等效模型,并将此高阶模型等效降阶成二阶等效模型。将此二阶模型与飞机状态方程、自动驾驶仪控制律结合,得到完整的飞机飞行操纵系统动态模型。这个模型在动态特性上与真实系统相近,而且系统的阶次只比原来增加一阶,系统分析的难度增加很小。基于这样的飞机操纵系统模型,可用于“自动驾驶仪2操纵系统2飞机”的动特性分析与研究、评价所设计的操纵系统及飞机飞行品质是否满足规范要求。1 从电动
6、舵机到舵面部分的操纵系统1.1数学模型1.1.1 电动舵机到舵面部分的操纵系统结构分析飞行操纵系统通常分为两个部分[1,4]。驾驶员的手、脚直接操纵的部分,是由手操纵机构(驾驶杆或驾驶盘)和脚操纵机构(脚蹬)所组成。把驾驶员的动作传到舵面的那部分,叫做传动机构或传动装置。电动舵机由自动驾驶仪控制,一般在通向左右通道的交叉点接入机械操纵系统,与驾驶杆(盘)或脚蹬处于并联状态。一般飞机操纵系统由升降舵操纵系统、方向舵操纵系统和副翼操纵系统组成。升降舵、方向舵和副翼操纵系统数学模型的建立原理基本相同,本文以升降舵操纵系统为例。1.1.2升降舵电动舵机到舵面部分操纵系统建模自
7、动驾驶仪控制通过电动舵机、扇形轮与升降舵操纵系统交联实现。操纵系统结构如图1。19图1 升降舵操纵系统结构简图通过对结构分析,将系统分布参数进行集中化处理[125]。电动舵机、驾驶盘、机械杆系、扇形轮及钢索等分别折合至通向左右升降舵通道的交叉点N上,后段特性的参数折合至助力器的输出端B点。得到升降舵电动舵机到舵面部分机械操纵系统建模原理如图2所示。其中,m,K,C和x分别集中质量、刚度、阻尼和位移;He和De表示舵面的铰链力矩和舵偏角;Fz和Dz表示电动舵机力和转角。由图2可得各环节数学模型如下:(1)电动舵机及钢索Fd=Kdd(xd-xm)+Cdd
