飞机控制系统建模

1、飞机控制系统动力学和运动学建模飞机控制系统动力学和运动学建模探测制导与控制11014201110127雷继松飞机控制系统建模 飞行控制系统(简称飞控系统)的作用是保证飞机的稳定性和操纵性，提高飞机飞行性能和完成任务的能力，增强飞行的安全性和减轻驾驶员的工作负担。 飞行控制系统概述 （1）飞控系统分类飞控系统分为人工飞行控制系统和自动飞行控制系统两大类。由驾驶员通过对驾驶杆和脚蹬的操纵实现控制任务的系统，称为人工飞行控制系统。最简单的人工飞行控制系统就是机械操纵系统。不依赖于驾驶员操纵驾驶杆和脚蹬指令而自动完成控制任务的飞控系统，称为自动飞行控制系统。自动驾驶仪是最基本的自动飞行控制系统。 （2

2、）飞控系统构成 飞控系统由控制与显示装置、传感器、飞控计算机、作动器、自测试装置、信息传输链及接口装置组成。 除个别的开环操纵系统(如机械操纵系统)外，所有的飞控系统都采用了闭闭环反馈控制环反馈控制的工作原理。在人工操作飞机人工操作飞机飞行时，驾驶员通过驾驶杆、脚蹬、油门杆的位移(或力)给出控制信号控制信号U0U0，经过飞控计算机控制率计算后给出控制控制指令指令U1U1。作动器作动器已据此指令驱动相对应的舵面(或油门、喷口)产生位移，形成使飞机运动变量后转换为电信号电信号U2U2，一路反传给飞控计算机，另一路输入显示装置，形成目视信息，供驾驶员读取。送给飞控计算机的反馈信号与驾驶员给出的控制信

3、号相比较，当飞机的运动变量与驾驶员的控制目标值相等时，两种信号的代数和(U)为零，飞控系统不再输出驱动指令，飞机按照驾驶员要求的状态飞行。在自动飞行控制自动飞行控制的情况下，驾驶员通过控制面板上的模式选择按钮(或开关、旋钮、键盘等)，给出控制模式要求，飞控系统就会自动控制飞机按照给定的模式飞行，基本控制过程和原理与人工控制飞行时相同。这时，驾驶员只需监视显示信息，不需要对驾驶杆等装置进行操作。飞行器运动学和动力学控制原理 飞行器是刚体，质量是常数；飞行器是刚体，质量是常数； 地面为惯性参考系，即假设地坐标为惯性坐标；地面为惯性参考系，即假设地坐标为惯性坐标； 忽略地面曲率，视地面为平面；忽略地

4、面曲率，视地面为平面； 重力加速度不随飞行高度而变化，常值；重力加速度不随飞行高度而变化，常值； 假设机体坐标系的假设机体坐标系的x-o-zx-o-z平面为飞行器对称平面，且飞行平面为飞行器对称平面，且飞行器不仅几何外形对称器不仅几何外形对称. .而且内部质量分布亦对称，惯性积而且内部质量分布亦对称，惯性积0 xyzyII 飞机在空气中的运动总的可以分解为：飞机各部分随飞机重心一道的移动和飞机各部分。飞行员在空中操纵飞机，不外乎就是运用油门、杆、舵改变作用在飞机上的空气动力和力矩，以保持或者改变飞机重心的移动速度和飞机绕重心的转动角速度。可见，飞机的运动和操纵与飞机重心的位置有密切的关系。 为

5、了确定飞机在空间的飞行轨迹，我们建立和动力学方程。 VH1V1H ,dV dHdtdtVH1VdVdVVdtdt1HdHdHHdtdt如图所示为机体坐标系： x轴在飞行器对称平面内，平行于机身轴线或机翼的平均气动弦线（指机翼面积和翼展之比），指向前；z轴也在对称平面内，垂直于y轴，指向下；y轴垂直于对称平面内，指向右。飞行器绕质心转动的动力学方程这里进行和航迹坐标轴相关变换：这里进行和航迹坐标轴相关变换：刚体飞行器运动学方程这里采用欧拉法表示：这里采用欧拉法表示： Xmuw qvrYmvu rw pZmwvpu q22()()()()xxzzyxzyxzxzzxzyxxzLpIrIqr IIp

6、qIMqIpr IIprINrIpIpq IIqrI1.非线性系统线性化原理( )( , , )x tf x u t000000200,2( , )(,).x ux ux uffff x uf x uxuxxux 0000000,( , )(,)x ux uffxxxf x uf x uxuxu 000(,)0 xf x u0000,xuxuffxA xB uABxu xAxBu 000,0,0eearVVpqr定直平飞状态的小扰动线性化定直平飞状态的小扰动线性化 00000000000,uuuvvvwwwpppqqqrrr 000000000000(),0,00,00uVvwpqr基准运动的速度0,uVuvvwwppqqrr Xmuw qv rYmvu rw pZmwv pu qXm uwqvr000000000000000()()()()()()()()()()()()()()()xxzyduXXXmudtudvYYYmudtudwZZZmudtudpdr