侧杆负载特性及人机闭环模型研究

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1、第31卷第1期计算机仿真2014年1月文章编号：1006—9348(2014)01—0076—05侧杆负载特性及人机闭环模型研究黄耀，王新民，姚从潮，张晓晨(西北工业大学自动化学院，陕西西安710129)摘要：在电传操作系统中，侧杆比中央驾驶杆在飞行员舒适度、驾驶舱空间利用和视觉感受上更有优势。侧杆负载参数的设计包括杆启动力，杆力～杆位移梯度和杆阻尼系数。为了从理论角度设计侧杆负载特性，通过分析侧杆的动态特性，运用最优化原则及求解最优值的方法，得到最优侧杆负载参数的数学计算公式。通过建立驾驶员模型、

2、侧杆人感系统、指令增益、前置滤波器、飞控系统与飞机模型五个环节，对侧杆人机闭环模型进行分析仿真，得到杆力和杆位移控制下的俯仰角和滚转角的跟踪曲线。结果表明，控制俯仰角时，杆位移控制比杆力控制效果好，控制滚转角时，杆位移控制与杆力控制的控制效果一致。关键词：侧杆；动态模型；负载特性；人机闭环中图分类号：V249．1文献标识码：AResearchonSide-stickLoadCharacteristicsandPilot—。AircraftClosed—．1oopModelHUANGYao，WANGX

3、in-min，YAOCong-chao，ZHANGXiao-chen(CollegeofAutomation，NorthwesternPolytechnicalUniversity，Xi’anShanxi710129，China)ABSTRACT：Inordertodesigntheside—stickloadcharacteristicsfromatheoreticalpointofview，weestablishedthedynamiccharacteristicsofside-stick，us

4、edtheprincipleofoptimizationandthemethodofsolvingoptimalvalue，andobtainedthemathematicalformulaofoptimalside-stickloadparameters．Then，byestablishingthemodeofpi—lot，side-stickfeelingsystem，directivegain，prefiher，flightcontrolsystemandaircraftmodel，weana

5、lyzedandsimulatedthepilot—aircraftclosedloop，thetrackingcurveofpitchangleandrollanglewereobtainedunderthecon—troloftheleverforceanddisplacement．Theresultsshowthatwhencontrollingthepitchangle，thecontroleffectofdisplacementisbetterthantheforce，whilewhenc

6、ontrollingtherollangle，thecontroleffectofdisplacementandforceisastl1esame．KEYWORDS：Side-stick；Dynamicmodel；Loadcharacteristics；Pilot—aircraftclosedloop1引言本文的主要工作如下：①给出了典型侧杆的杆负载特在机械操纵系统中，驾驶杆均为中央杆系统。对于电传性；②通过建立侧杆的动态模型，运用最优化原则及求解最操纵或光传操纵，系统中所传输的仅是驾驶员和计算机的

7、指优值的方法，从理论上得到最优侧杆负载参数的数学计算公令信号，而不是驾驶员的操纵力和操纵位移，因而不需要有式；③把侧杆加入到人机闭环仿真模型中，根据杆力与杆位大尺寸、高强度的杆系，于是产生了一种小巧的座舱操纵器移控制的不同，采用不用的仿真结构，同时对不同环节的模(侧杆)，来取代常规的中央杆．2】。型进行分析；④对俯仰角和滚转角的跟踪响应曲线分析。侧杆由于具有体积小、布置位置不影响飞行员视界及对中央仪表的观察等优点，在国外三、四代战斗机及大型运2侧杆类型输机上得到了广泛运用，如美国的F一16系列、F一

8、22、B一47、侧杆控制器种类很多，按输入信号类型分为纯位移型、A320，俄国的su一37、s一37、c一37，法国的“阵风”，台湾的IDF纯力量型和小位移力量型三种J。飞机等。我国在侧杆技术方面的研究很少，基本处于起步阶1)纯位移型。如F一18，此侧杆控制器以位移大小作为段，尤其在理论方面更加缺乏，没有一套系统的体系。控制信号，可以进行较大幅度的偏转，驾驶员可以获得直观的位移变化，明确自己施加的控制指令。然而缺少杆力反收稿日期：2013—02—26修回日期：2013