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时间:2020-08-17
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1、第五章直升机自动飞行控制系统5.1直升机自动飞行控制一般结构图5-1为直升机自动飞行控制的一般结构,它由四个通道组成,俯仰与横滚姿态系统及分别为纵向速度控制系统及侧向速度控制的内回路,而及又分别构成轨迹控制的纵向制导系统及侧向制导系统。总距通道构成高度控制系统或垂直速率控制系统。尾桨通道构成航向角控制系统,同时引入侧向加速度信息,以消除侧滑,使机头的偏转与航迹偏转相协调。由自动飞行一般结构图,根据自动飞行任务管理要求,可构建出各种自动飞行模态。5-1直升机自动飞行一般结构图5.2各类自动飞行模态一般控制律
2、5.2.1三轴姿态保持模态三轴姿态保持一般具有如图5-2所示结构。侧向加速度引入尾桨通道,以利于消除侧滑。三轴姿态保持适用于全包线飞行,在稳定飞行状态下,一般要求姿态保持精度。图5-2三轴姿态保持模态一般结构5.2.2空速保持模态空速保持模态是在俯仰姿态系统的基础上构成的,如图5-3所示。通过控制飞机的姿态角,以达到纵向飞行速度控制目的。当飞行速度75km/h,一般速度控制精度为2.5m/s。空速保持模态工作时,其他通道应处于姿态保持状态。图5-3空速保持模块结构图5.2.3地速保持模态地速保持是指相对地
3、面的纵向速度及侧向速度保持不变。它是在横滚通道与俯仰通道基础上构成的。如图5-4所示。一般要求地速保持精度,要求横滚角限制在。(a)侧向地速保持(b)纵向地速保持图5-4地速保持模态5.2.4自动悬停模态自动悬停模态的内回路,由俯仰与横滚姿态系统构成,与地速保持模态时的俯仰与横滚姿态系统相一致,自动悬停的外回路由速度控制构成,它与地速保持模态的结构相一致,只是控制律的参数有变化。以某直升机为例,自动悬停的高速范围为12m~100m,滚转角限制为,速度保持精度。控制高度的最大变化率为0.5m/s,高度控制精
4、度为。5.2.5气压高度保持模态当空速大于某一值后,例如75km/h,可采用如图5-5所示的气压高度保持模态,由升降速率仪经积分提供高度差,采用PID控制形式控制总距。一般应使气压高度的稳定精度。图5-5气压高度保持模态无线电高度保持模态有与气压高度保持模态相同的结构,只是工作范围离地面较近,一般在45m~350m之间,无线电高度保持精度要求较高,一般为。5.2.6航向保持模态航向保持模态有两种形式:第一种形式如图5-6a结构,当航向有较大偏差时,通过操纵横向周期变距,使飞机滚转,(如同操纵固定翼飞机相类
5、似)改变飞行航迹偏转角,而尾桨通道起航向协调作用,当有侧滑时,感受到的侧向加速度使机头偏转,以消除侧滑。侧滑包括由侧风而引起的侧滑以及由地速向量与机头不一致而引起的侧滑。第二种形式如图5-5b所示,用作航向小修正。当有航向偏差信号时,直接控制尾桨通道,使机头偏转,的加入以利于消除侧滑。当工作于第一种形式时,直升机的滚转角有一定的限制,例如某直升机,当空速小于时,最大滚转角为,而当空速大于时,其滚转角应限制在。一般要求航向保持精度。(a)航向保持模态形式1(b)航向保持模态形式2图5-6航向保持模态5.2.
6、7自动区域导航模态自动区域导航模态的控制结构与航向保持模态的第一种形式相一致,只是工作在控制状态,导航信息以形式加入系统。5.2.8对目标的自动航向修正模态该模态用于作战,对目标进行攻击时,需对航向进行自动修正。其航向修正精度较高,一般要求。这一模态在前飞时,其控制结构与航向区域导航相一致。但悬停或小速度飞行时,其结构有如图5-7形式。图5-7对目标的自动航向修正模态5.2.9垂直速度保持模态当要求直升机以恒定的某一垂直升降速度飞行时,应具有如图5-8所示的结构。应用时,一般空速应大于,垂直速度控制精度应
7、在范围内,的保持精度应。图5-8垂直速度保持模态5.2.10自动飞行控制系统结构作为自动飞行控制系统的一个例子,图5-9给出了中型多用途直升机“山猫”纵向自动控制结构图,它实现角位置姿态稳定,航向稳定,气压高度及无线电高度稳定,实现水声浮标拖索悬停,以及由巡航至悬停的自动过度。其结构特点是实现双余度配置。图5-9中型多用途直升机纵向自动控制结构5.3基于MFCS的自动飞行模态设计直升机显模型解耦跟踪控制系统(MFCS)具有良好的四通道轴间解耦及动态跟踪效果,已被众多的直升机所采用。因此,本节将以MFCS为
8、内回路对MFCS进行扩展,综合成如下诸外回路模态:空速控制与保持,高度控制与保持及航向控制与保持,以及其它更为复杂的直升机自动飞行模态,诸如自动过渡飞行,自动着陆等,本节将叙述它们的控制律结构及基本设计方法。5.3.1外回路结构配置MFCS的基本结构配置如图5-10所示,由于所设计的控制律能够使直升机的飞行状态在一拍采样周期内,强迫跟踪反映操纵动特性要求的显模型,使得MFCS的四个控制通道相对独立。图5-10MFCS结构配置指
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