预防Ⅱ型PIO的作动器设计-论文.pdf

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1、第32卷第3期西安航空学院学报Vo】．32No．32014年5月JournalofXi'anAeronauticalUniversityMay．2014预防Ⅱ型PIO的作动器设计拜斌(海军装备部，陕西西安710089)摘要：重点分析由作动器非线性因素(速率限制)引起的Ⅱ型PIO问题。将非线性因素线性化，采用赫尔维茨稳定性方法分析线性时不变系统的稳定性，采用二次型稳定性方法分析参数时变系统的稳定性。运用ROBAN算法确定稳定域，进而得到条件分析模型，分析了三种条件下的PIO趋势，给出合适的作动器设计方法。仿真研究表明，采用该方法设计的作

2、动器使得某型飞机飞控系统具有良好的鲁棒性，可以有效避免Ⅱ型P10的产生。关键词：速率限制；鲁棒稳定性IPIO中图分类号：V212．12文献标识码：A文章编号：1OO8-9233(2O14)O3—0017一O4基于逻辑条件法设计的DS补偿器[4]。引言文章针对飞控系统中作动器速率限制引起的在工程实际中，大多飞行控制系统在伺服控制振荡问题，采用鲁棒稳定性的方法来判断飞机的(尤其是舵回路控制)中存在速率限制，当伺服控制PIO趋势，通过重新选取合适的作动器参数，避免需求的舵面操控指令超过伺服作动器的液压或机了不稳定性。械许可范围时，就会出现作

3、动器速率或位置饱和，1问题描述有可能会引起PIO，其本质为非线性影响使人一机闭环控制系统的稳定性削弱。航空界中一般将因，人工驾驶飞机进行俯仰角控制的原理如图1作动器速率限制导致的驾驶员诱发振荡定义为Ⅱ所示，驾驶员控制目的是使飞机实际俯仰角8等于型PIOE¨，典型事例曾出现在C一17飞机和YF一期望值一跟踪俯仰角指令，图中K和N(s)分别22飞机上[2]。因此，评估闭环系统是否具有Ⅱ型表示驾驶员的控制增益、动态特性；作动器回路在PIO趋势，设计操纵性能更好的飞机具有重要的正常工作范围内可以近似描述为带宽为1}r的一阶意义。线性环节，其中

4、非线性环节表示其工作速率受限；针对Ⅱ型PIO预测问题，国内外展开了大量的()为作动器输出一舵面偏转角。研究工作。国外主要从两个方面：①从控制律和作动器本身来考虑，采用提高舵机系统的舵机速率，但需要改变舵机尺寸和重量，因此未能广泛应用L3；②运用补偿技术。一是减少驾驶杆命令增益或减少反馈控制增益，但这会恶化飞行品质；二是图1俯仰控制人机系统原理方块图(具有速率限制的作动器)速率限制被激活时对系统进行相位补偿，设计相位作动器饱和特性如图2所示，其最大输入幅值补偿系统有逻辑条件法和连续信号法。而国内目“一，最大输出幅值3，。。一Y。，表示线

5、性部分前主要采用相位补偿技术进行抑制，研究较多的是斜率为1。因此，当作动器没有饱和时，其增益最大收稿日期：2014—04—03作者简介：拜斌(1987一)，男，陕西渭南人，助理工程师，主要从事先进飞行控制技术方面的研究。18西安航空学院学报第32卷L一1，而当饱和且输入作用幅值最大时，增益最条件1：当ZHZ一时，系统不存在PIO趋势，小L=Ymax／-，于是L∈[L1]，上述俯仰控且是“弱稳定”的。制人机系统原理如图3所示。由于时不变参数系统的稳定性分析方法不能直接用于分析时变参数系统的稳定性[引，因此条件～、1只能进行保守估计，不能

6、完全保证系统全局稳定性。当参数变化时，只检查赫尔维茨稳定域如图4／‰lx所示；曲线1满足“弱稳定”要求，曲线2中，zH与—^Z一的交点与闭环系统的一对纯虚极点一致，系统频率与系统描述函数获得的极限环频率一致[5]，系统不稳定，具有明显的P10趋势。LKK⋯图3俯仰控制人机系统原理方块图(线性化作动器l在分析系统是否存在PIO趋势时，除用L表示：二，／叶／IJ非线性因素外，还应考虑驾驶员增益K，因为在俯)￡．l￡仰角控制、空中受油以及下滑着舰等任务阶段，需图4Ⅱ型PIO趋势的条件示意图要驾驶员实施较大操纵，作动器工作于饱和状态，而稳定域

7、ZH的确定采用RoBAN算法(该算可能引起PIO[2J。假设N(s)一1，则人一机闭环系法可用于分析不确定的LTI系统的鲁棒稳定性问统稳定性问题的分析变为K与L取值的讨论。题[)在稳定域Ⅱ中找到符合要求的稳定域Ⅱ，进为分析作动器非线性影响，要考虑两种情况：而确定Z的范围。算法如下：时不变参数L和时变参数L。首先假设L线性时设为动态系统的指令，为影响系统性能的不不变，目的是在K。一L平面内确定一个区域，使得确定参数的数量，令丌一[，r，丌2，⋯，]∈IICRp，丌图1构型的闭环动态矩阵为赫尔维茨阵，此方法表示不确定参数向量，Ⅱ表示平面矩

8、形区域，zoo∈II“弱”，不能确保闭环系统的鲁棒稳定性。第二种方表示不确定参数的标称值口(·)：II—的向量，H法假设参数L∈[L1]为时变函数，称作“鲁棒”(丌b，JD)：一{，r：『Ja'-a'oII