自动飞行控制系统电子讲稿第一部分

1课程导论飞行掌握系统进展概述100消灭之前，自动飞行装置即已消灭。方向稳定器器。电动陀螺稳定装置-姿势稳定1914年，美国的爱莫尔·斯派雷〔EimerSperry〕研制成功第一台性和进动性，建立一个测量基准，用来测量飞机的姿势，它和飞机的自动驾驶仪2030年月消灭了可以掌握和保持飞机高度、速度和航迹的自动驾驶仪。其次次世界大战促使自动驾驶仪等设备得到进一步进展，由过去气动-二次大战期间，美国和原苏联相继研制出功能较完善的电气式自动驾驶仪C-1和其仿制品A∏-5；V-1V-2，更进一步促进了飞行自动掌握装置的研制和进展。2050年月后，和导航系统、仪表着陆系统相联，自动驾驶装置实现了长距离自动飞行和自动着陆。自动飞行掌握系统1947年成功突破音障后，飞机的飞行包线〔飞行速度和高度的变化范围行自动掌握装置〔如增稳系统〕相继问世，在此根底上，自动驾驶仪的功能得到进一步的扩展，进展成为自动飞行掌握系统AFC。60年月，产生了随控布局飞行器〔congtrolconfiguredvehicle--CCV〕的设计思想。2060年月前的以模拟电路或模拟计算机为主要计算装置的飞行掌握系统，渐渐进展成为现在已普遍应用的数字式飞行掌握系统，这也为技术应用和更简单更完善系统的综合供给了实现的可能性。例如：主动掌握技术activecontroltechnolog—AC；余度技术容错掌握技术2080年月得到快速进展的火/推/飞综合掌握系统等。2070年月中期，由于计算机的应用使自动驾驶仪和飞机的指引系统组成一个综合系统，使飞机的各种传感器数据、指引与掌握系统已在飞行治理系统中，从而实现了更高程度的自动化。2070年月末期，计算机和掌握技术的快速进展，使自动驾驶仪的功能快速扩展。在现代化的大中型民航客机上，自动飞行掌握系统通常包括自动驾驶仪、飞行指引系统、自动油门系统、偏航阻尼系统、安定面自动配公平。自动飞行掌握系统的根本概念飞行掌握通过某种手段，使用肯定的设备，从而实现对飞行器的飞行运动和模态变化所进展的掌握。飞行运动和模态变化角运动，以及飞行器的几何外形与构造模态的转变。飞行器是对可以在大气层内或在外层空间中飞行的装置的统称。无人驾驶飞行器有人驾驶飞行器飞行掌握系统〔开环或闭环信息传递链，称之为飞行掌握系统。飞行掌握系统的分类人工飞行掌握系统由驾驶员通过对驾驶杆和脚蹬的操纵实现掌握任务的飞控系统，称为人工飞行掌握系统。自动飞行掌握系统不依靠于驾驶员操纵驾驶杆和脚蹬指令而自动完成掌握任务的飞控系统，称为自动飞行掌握系统。自动驾驶仪操纵飞机的方框图按承受的飞行操纵系统分类机械式飞控系统液压式飞控系统电传飞控系统模拟式电传飞控系统数字式电传飞控系统光纤式飞控系统〔光传飞控系统〕电驱式飞控系统智能式飞控系统飞行掌握系统的根本组成在现代化大中型民航客机上，自动飞行掌握系统通常包括：自动驾驶仪(A/P)；飞行指引仪(F/D)；偏航阻尼器(Y/D)；自动油门系统(A/T)民用飞机飞行掌握系统的根本组成依据ATA100对飞机系统内容的编排，自动飞行掌握系统属于ATA100-22章节的内容。人工飞行掌握系统是由驾驶员手动操纵的主辅飞行操纵系统，属于ATA100-27章节的内容。军用飞机自动飞行掌握系统除了上述ATA100-22章节的内容，还有自动地形跟随和自动地形回避系统，与火控系统交联掌握以及其它一些特别掌握要求的系统。自动飞行掌握系统的作用增加飞行安全改善飞行品质减轻驾驶员负担2自动驾驶仪1自动驾驶仪根底根本原理1-1；1-2；自动驾驶仪掌握飞机飞行过程中，敏感比较元件、放大计算装置和执行机构可以代替驾驶员的眼睛、大脑神经系统与肢体，自动掌握飞机的飞行。敏感比较元件、放大计算装置和执行机构是自动飞行掌握系统的核心，即自动驾驶仪。自动驾驶仪是利用反响掌握原理〔负反响〕来实现对飞机运动参数的掌握。1-2自动驾驶仪操纵飞机的方框图描述飞机运动的参数三个姿势角：俯仰角、倾斜角和偏航角。三个角速度：俯仰角速度、倾斜角速度和偏航角速度。两个气流角：迎角〔或称攻角〕和侧滑角。三个线位移：三个线速度：两个航迹角：航迹俯仰角和航迹偏转角。自动飞行掌握系统可在无人参与的状况下自动掌握上述局部或全部参数，必要时还可以掌握马赫数及法向过载等复习空气动力学地面坐标系机体坐标系速度坐标系〔气流坐标系〕飞机的姿势角——机体坐标系与地面坐标系的关系俯仰角：机体纵轴与其在地平面投影线之间的夹角。以抬头为正；偏航角：机体纵轴在地平面上的投影与选定方向间的夹角。以机头左偏航为正〔机头方向偏在预选航向的右〕滚转角：又称倾斜角，指机体竖轴〔飞机对称面〕与通过机体轴的铅垂面间的夹角。飞机右倾斜时为正。飞机的轨迹角——地速坐标系与地面坐标系间的关系航迹倾斜角航迹偏转〔方位〕s气流角空速坐标与机体坐标系的关系迎角侧滑角根本组成测量元件或称敏感元件用来测量飞机的运动参数，俯仰角、倾斜角和偏航角，如：速率陀螺测量角速度；垂直陀螺测量飞机的俯仰角、倾斜角〔或称滚转角；航向陀螺测量飞机的偏航角等信号处理元件〔或称计算元件〕把各种敏感元件的输出信号处理为符合掌握规律要求的信号，包括有综合装置、微分器、积分器、限幅器、滤波器等放大元件放大上述处理过的信号的元件，一般指功率放大。执行机构舵机。主要功用当自动驾驶仪连接后，可以实现的主要功能有：自动保持飞机沿三个轴的稳定〔姿势稳定；承受驾驶员指令，操纵飞机以到达期望的俯仰角、航向角、空速或升降速度等；与飞行治理计算机系统耦合，实现按预定飞行轨迹的飞行；〔ILS〕〔CATⅠ,Ⅱ,Ⅲ等〕分类自动驾驶仪可以按其掌握规律来划分，也可按实现掌握的手段来划分，还可按掌握轴的数目或实现解算的手段来划分。自动驾驶仪常用的分类方法是按其掌握规律来划分。所谓掌握规律通常是指自动驾驶仪输出的舵偏角与信号的静、动态函数关系。按掌握规律分类比例式自动驾驶仪积分式自动驾驶仪按掌握坐标轴个数分类单轴式飞器，最早消灭在轻型飞机，它使驾驶员从长途飞行中解脱出来。双轴式方向的掌握，如保持航向或航道等。三轴式用于俯仰、倾斜和偏航轴的掌握，可以保持飞机平飞，保持无线电航道，保持气压高度或升降速度。俯仰轴〔通道〕是通过掌握升降舵，利用姿势的转变来实现飞机的爬升与下降或实现对速度或高度的稳定；倾斜轴主要是利用副翼对倾斜角进展稳定，实现定向飞行。偏航轴利用方向舵来实现。机上普遍装有这类自动驾驶系统，具备三类仪表着陆力量。舵回路、稳定回路和掌握回路自动驾驶仪工作时，以飞机为掌握对象，实现飞机不同参数的掌握与稳定。自动驾驶仪实现不同的功能，完成不同的飞行任务，要求组成不同的反响掌握回路。自动驾驶仪工作回路通常由以下四个回路组成：同步回路舵回路稳定回路掌握回路同步回路作用状态与当时飞行状态同步。根本组成现代飞机上的同步回路通常由两局部组成：FCC内部的同步作动筒的同步舵回路自动飞行掌握系统依据输入信号，通过执行机构掌握舵面。为改善舵机的性能，通常执行机构引入内反响〔将舵机的输出信号引到输入端舵回路由舵机、放大器及反响元件组成。反响元件包括测速电机、位置传感器，构成舵回路的测速反响和位置反响。舵回路可用伺服系统理论来分析，其负载是舵面的惯性和作用在舵面上的气动力矩〔铰链力矩〕稳定回路自动驾驶仪与飞机组成一个回路，该回路的主要功能是稳定飞机的姿势，即稳定飞机的角运动，称为稳定回路。由于稳定回路中包含了飞机，而飞机的动态特性有随飞行条件而变化，使稳定回路的分析变得较为简单。掌握回路稳定回路加上测量飞机重心位置或速度信号的元件以及表征飞机空间位置几何关系的运动学环节，组成更大的回路，称为控制回路或制导回路。掌握回路的作用是实现对飞机重心的运动即飞机运动轨迹的掌握。学习单元2角位移式自动驾驶仪掌握规律及调整原理概述角位移式自动驾驶仪可以依据掌握规律实现飞机三个姿势角的稳定；所谓掌握规律就是指掌握器的输入量与输出量之间的关系；自动驾驶仪是一种能够保持或转变飞机运动状态的自动掌握自动驾驶仪的输入信号来自飞机的某些运动参数或是从自动驾驶仪操纵装置来的掌握信号；自动驾驶仪的输出信号就是舵机的偏转角；由于舵机是和舵面机械相连的，舵机与舵面之间只相差一个比例系数，所以可以认为自动驾驶仪的输出就是舵面的偏转角；自动驾驶仪目前主要承受比例式和积分式两种掌握规律；比例式掌握规律指舵面偏转角与自动驾驶仪输入信号〔被控量的偏差〕之间成比例关系；积分式掌握规律是指舵面偏转角与自动驾驶仪输入信号〔被控量的偏差〕之间成积分关系，或舵面偏转角速度与自动驾驶仪输入信号〔被控量的偏差〕分类角位移式自动驾驶仪按掌握规律不同，可以分为比例式和积分式两大类；承受比例式掌握规律构成的自动驾驶仪称作比例式自动驾驶仪，又叫有差式自动驾驶仪〔结合典型掌握器学问理解；承受积分式掌握规律构成的自动驾驶仪称作积分式自动驾驶仪，又叫无差式自动驾驶仪〔结合典型掌握器学问理解〕工作状态自动驾驶仪掌握飞机有两种工作状态，即：稳定状态操纵状态稳定状态所谓稳定状态，是指稳定给定的基准状态，也就是稳定飞机沿三个轴的角运动，其目的是使飞机的飞行尽量不受外界干扰的影响；自动驾驶仪此时的作用是消退飞机相对给定基准的偏离。操纵状态所谓的操纵状态，是指外加一个掌握信号去转变飞机原基准状态的运动；掌握信号相当于在原基准信号的根底上再附加一个给定的增量信号，该信号可以来自驾驶员在掌握面板上的掌握，也可以来自其它如飞行治理计算机等；利用自动驾驶仪的操纵状态就可以自动地掌握飞机按所期望的姿势或航迹飞行。应用案例—俯仰角掌握俯仰角自动掌握系统方框图；垂直陀螺仪输入信号—输出信号—与俯仰角对应的电压信号U K 1传递函数—G(s)

KK1，感受到单位姿势角变化对1应的输出电压值；掌握电压—实现飞机操纵状态的给定电压值U 。g舵回路输入信号— uU输出信号— e

U ，留意反响信号极性。g传递函数— G(s)K〔无视舵回路的惯性。学习单元3比例式自动驾驶仪掌握规律升降舵舵偏角的增量 是一个对应俯仰角变化量而量化的一个与给定电压值相关的虚拟量；5.1L()e ggU，gg K1LKK

〔前向通道〔反 1

〔-〕升降舵的舵偏角增量g 俯仰角偏差成比例关系，具有这种掌握规律的姿势角自动掌握器称为比例式自动驾驶仪，又由于这种比例关系完全靠舵回路的位置反响来实现的，而位置反响又称硬反响，所以，比例稳定状态下的作用原理式自动驾驶仪也称“硬反响式自动驾驶仪”。飞机等速水平直线飞行，升力和重力保持平衡，初始迎角和俯仰角一样；干扰〔抬头，产生俯仰角偏差；检测得到俯仰角偏差，并输出与其成比例的电压信号到舵回路；舵回路输出驱动升降舵偏转〔向下，低头；俯仰角偏差减小并趋于零，保持平飞。操纵状态下的作用原理通过操纵输入装置，外加掌握信号，并经信号处理放大后送到舵回路；〔或减小；垂直陀螺或惯性基准系统检测得到俯仰角，并送出负反响信号，并渐渐与掌握信号平衡；飞机保持到的姿势角。稳态误差存在常值干扰力矩Mf〔趋向于使飞机抬头或低头〕时，飞机在自动驾驶仪掌握下进入稳定状态后，必定存在一个升降舵的舵偏角增量e 以抵消Mf的影响，而此时uU

U

不能为零，以产生升降舵的舵偏角增量e

谓的稳态误差，即有：e

e

比例式自动驾驶仪是一种P掌握器，P掌握器必存在常值干扰下的稳态误差；减小稳态误