您好,欢迎访问三七文档
当前位置:首页 > 办公文档 > 其它办公文档 > 现代飞行控制系统课件绪论
2010年3月飞行控制系统概述主要内容飞行器的种类飞行控制的目的飞行控制技术的发展飞行控制系统概要介绍飞行控制的基础知识与要求课程要求与参考文献一.大气层内飞行器的种类飞机客机(超音速)、(军用)运输机战斗机(舰载机);直升机无人机(无人作战飞机)导弹空空、空地、拦截、巡航、飞航式、弹道式运载火箭航天飞机:天地往返飞行器超高声速飞行器:美X-系列临近空间飞艇:平流层悬停,空中中继大型客机空客A380,世界上最大的客机空客A320波音777大型军用运输机美C-141“运输星”,运送“哈勃”天文望远镜C-17“环球空中霸王Ⅲ”,具有C-5运大型装备和C-130的短距起降能力空客A400M“超大力神”,欧洲8国联合研制,前后放2架直升机乌克兰安-225,翼展最宽,重型全世界只有一架战斗机←F-22→JSF垂直起降↓国产战斗机←歼十飞豹→直升机美国AH-64直升机米-17直升机(陆航,俄罗斯)全球最小的直升机最小的遥控直升机复合式直升机1复合式直升机2飞翼式轰炸机(美国B-52)飞翼式无人侦察机导弹AIM9“响尾蛇”近程空空导弹“东风”近程地地导弹发射“麻雀”空空导弹二.飞行控制的目的控制对象在大气层内飞行的飞行器飞机、导弹、运载火箭、航天飞机、制导炸弹、动能武器等控制目的1)稳定飞行:姿态稳定(任何飞行器的首要任务)2)轨迹控制:航迹,高度、航向、起飞着陆3)目标跟踪:导弹追踪运动目标,拦截4)轨迹跟踪:预定轨迹:弹道导弹、运载火箭、进场着陆实时路径规划轨迹:飞行任务管理,UCAV突防完成人类需要它们完成的飞行任务,达到设计者期望的技术指标需要详细了解飞行器的特性、控制要求、控制方法和验证方法三.飞行控制技术的发展早期飞机,功能简单,由人工操纵即可完成飞行。1912年,美国的爱莫尔·斯派雷和他的儿子制成了世界上第一套自动驾驶仪,保持飞机平飞时的俯仰角和滚转角稳定。二战期间,美国研制了C-1电气式自动驾驶仪,可实现对飞机的三轴姿态稳定。二.飞行控制技术的发展(续)二战后期,德国研制了无人驾驶的飞行器—导弹,(V-1飞航式导弹,V-2弹道式导弹),在这种全自动飞行的飞行器上,自动驾驶仪与机上其它装置相配合控制飞行的航迹(如定高,自动下滑等)。二战后,1947年9月美国C-54飞机完成了跨大西洋不着陆的自动飞行,从起飞到着陆实现了全过程的自动化。二.飞行控制的发展(续)五、六十年代以后,随着飞机飞行速度增加、飞行包线扩大,飞机本身特性变坏,发展了阻尼器、增稳和控制增稳系统,飞机从能飞→改善飞行性能和品质形成自动飞行控制系统(AutomaticFlightControlSystem-AFCS)大型客机、战斗机发展迅速70-90年代:随控布局(ControlConfiguredVehicle)主动控制(ActiveControl)90年代以来,自修复(Self-repairingFCS)飞行控制技术,主动安全,健康管理技术超机动控制二.飞行控制的发展(续)战术任务飞行管理系统,主要任务是飞行任务与飞行航迹管理,它对提高飞机完成任务的有效率和飞行安全是关键的。无人机自主飞行控制系统(AutonomicFCS,UCV,UCAV)七十年代以后,在控制增稳系统基础上发展了电传操纵(Fly-By-Wire,缩写为FBW)系统,开始在一些军用飞机以及大型民用飞机上取消了机械操纵系统。余度电传系统。随着微电子和数字计算机技术的发展,数字式飞行控制系统已取代了模拟式飞行控制系统。大飞控与大航电概念四.飞行控制系统简介1.飞机的构成(固定翼)机身推进系统机翼机载设备操纵机构及系统操纵机构与操纵面先进飞行仿真、飞行控制实验室操纵机构:1)驾驶杆俯仰、侧杆2)脚蹬3)油门操纵面:1)水平安定面与升降舵2)垂直尾翼与方向舵3)副翼2.飞行的基本原理在空气中飞行的主要原理:在发动机推力作用下,产生相对气流的运动,机翼产生升力,克服重力及阻力,产生加速度,形成在空间的运动。为了改变飞机在空间的姿态及轨迹,必须改变作用于飞机上的力及力矩的大小、方向和分布,为此要操纵飞机上不同的操纵机构及发动机推力。现代飞机都装有一套自动控制系统,用来辅助驾驶员对飞机进行操纵,实现对飞机姿态及轨迹的控制3.飞机上气动力的产生1.纵向推力T升力L阻力D重力G俯仰力矩ML尾翼ML机翼GDT飞机上气动力的产生(续)2.横航向侧力Y滚转力矩L偏航力矩NyβxYr(β)NYh(β)β左翼升力右翼升力滚转力矩偏航力矩4.飞行控制系统•电传飞行控制系统(flybywire)早期的人工操纵系统增加助力装置电传飞行控制系统:人感系统,计算机传感器,助力器4.飞行控制系统(续)飞控系统的典型控制回路内回路,外回路,导引回路指令生成部件导引控制器轨迹测量部件外回路控制器姿态测量部件舵回路飞机运动关系运动关系正向控制器前馈控制器反馈测量驾驶杆指令内回路外回路(导引回路)(导航系统)位置(X,Y,Z)——(,,,,)qprαβ姿态运动(θ,ψ,φ)5.飞控系统设计任务飞行控制系统是一个复杂的控制系统,飞控系统设计由一队庞大的人员队伍完成。飞行控制系统设计的基本任务:1.根据飞机总体任务的技术要求确定飞行控制系统的基本功能和任务;2.依此确定飞行控制系统的工作模式和基本构型;3.利用不同的设计方法,依据对飞行品质及系统性能的要求,选择控制系统的附加环节或控制器的结构及参数(设计飞行控制律);4.通过地基的数学或物理仿真实验,修正和完善飞行控制系统的结构及参数。5.配合完成空基试飞验证飞控系统设计方法经典控制与状态空间控制特征结构配置最优控制(LQR,LQG,,MLI)鲁棒控制(线性与非线性)非线性控制(动态逆、稳态逆、滑模变结构,反演法等)自适应控制神经网络控制(+模糊,+自适应)模糊控制(+自适应)各种方法的综合交叉应用改进的控制H∞6.飞行品质与操纵品质评估驾驶员安全舒适地驾驶飞机,主观感受飞机的特性是“有效、安全、好飞”评估飞控系统性能的标准,设计准则稳定、安全、动态过程、操控性能美国军用标准:战斗机与运输机民用飞机(客机):适航性条例针对不同的飞行阶段、飞行任务可以利用试验或试飞采集的数据进行分析飞行品质评估飞行模拟器驾驶员地面试飞验证无人机空中发射试飞验证地面仿真验证虚拟现实技术基于局域网技术的地面实时仿真实验室当前的热门研究课题:大型客机飞控系统温家宝总理的理想:未来20年拥有自己的大型客机上海商飞集团与上飞院承担,目前已经试飞的ARJ21完成了大型客机初步方案,充分论证了国外空客、波音系列飞机的特点,给出了最佳方案,与国外供应商谈判北航的方案→计划2016年投入运营未来二十余年内是我国航空界的一项大任务如此大型的运输机,特殊的起落架可在沙滩上着陆大型军用运输机的飞行控制技术与飞控系统稳定控制可靠性与安全性重装投放最新热门讨论的智能变体飞机当前的热门研究课题(续)高超声速飞行器的特性与控制国内研究竞争激烈动能武器建模与控制质量块控制,新的控制理念美国红外线动能杀伤拦截弹舰载机的自动着舰控制在飞行员看来,航空母舰就像大海中的一片树叶•航空母舰的波动•跑道长度有限•舰上障碍物超机动飞行控制双机格斗-2000-10000100020000123x1041.21.41.61.8x104x轴位置(ft)y轴位置(ft)z轴位置(ft)commandresponse蛇形机动眼镜蛇与Herbst机动更小的转弯半径UCV或UCAV的自主控制技术战场态势评估任务规划与路径规划,实时重规划多机编队与智能决策无人机基于机器视觉的自主着陆控制自主着陆控制不依赖GPS,不依赖雷达与微波依赖自身的能力(摄像头,惯导)跑道识别机上探测系统地面探测系统对飞机形心的识别飞控系统机载设备发展迅速新型红外/光电/雷达探测平台小型化、依赖计算机控制、功能强大与导弹控制结合与目标的图像识别结合微型化的速率陀螺捷联式光电探测系统相关研究领域课题飞行仿真与地面仿真环境:建模、网络、通讯飞控系统的故障检测与诊断:智能化飞控系统的可靠性:余度与自修复机载计算机硬件实现:开放式平台,DSP,芯片飞行控制系统小型化:机载计算机,传感器,舵机航空电子总线技术:光传、通讯、驾驶员辅助系统五.飞行控制的基础知识与要求飞行器数学建模-建立数学模型自动控制原理-理论设计,反馈原理计算机控制系统-数字化分析与实现工程实现技术-接口、计算机、通讯技术系统分析技术稳定性,稳定裕度静态精度,跟踪精度动态过程特性飞行品质与操纵品质七.飞行控制技术发展对科学技术人才的需求飞行控制技术是国际领先水平的高科技技术,对技术人才的要求很高:热爱科学,致力于科学研究事业长期努力,不懈坚持深入钻研,学术严谨自学能力、独立思考和创新思维团队精神,精诚合作勇于实践本课程教学目的1)飞行器本身特性(1)飞行器是一个复杂的被控对象:高阶、非线性;纵侧向耦合、姿态轨迹耦合;连续微分方程与离散气动吹风数据描述;飞机的非线性模型与线性化;(2)描述方式:微分方程,传递函数,频率特性(3)物理含义:数学与物理结合,响应曲线与飞机运动分析,模态分析2)飞控系统设计要求飞行品质、设计规范;动态特性、精度、可靠性3)设计方法控制理论的应用;控制概念与控制系统多层设计;多模态控制律设计方法本课程教学目的(续)4)气流的影响风模型、风作用在飞机上的描述,影响分析5)先进控制技术介绍非线性控制、主动控制、火飞推综合控制等6)工程实现(通过简单实验完成实时化过程)控制律的实时C代码实现(软件实现);数字计算机实现控制律;余度电传系统(余度计算机、余度传感器、余度执行机构等,硬件实现)总体来讲,通过本科程学习,使你具备基本的飞行力学知识、能进行飞机建模、性能分析、常规控制律设计、仿真试验验证参考书1、飞行控制系统,张明廉主编,航空工业出版社(飞行力学部分,电子版)2、现代飞行控制系统,文传源等编著,北京航空航天大学出版社3、飞行控制系统,吴森堂费玉华编著,北京航空航天大学出版社4、飞行控制,鲁道夫.布罗克豪斯著,金长江译,肖业伦校,国防工业出版社,1999目前出版的飞控书很多,原版书也多,选择参考教学安排本课程的总学时为48学时;课内44学时;实验4学时;期末闭卷笔试,占总分70%;平时3次大作业及实验,占总分30%。作业:1飞机长短周期特性分析2电传系统最优二次型设计3飞行控制律实时化及飞控实验实验:工程训练中心,飞行模拟器上实现自己的控制律,完成飞行品质评估(李卫琪老师指导)要求上课积极思考,勇于回答问题每章安排思考题,自主学习3次大作业在考试前必须交齐,作为考试资格欢迎提问题和针对问题给出自己的见解与答案,成绩有加分第一章思考题:你为什么选择这门课?你最希望通过学习解决什么问题?(自己觉得有意义的可以回答)有问题或解答发送邮件到:zhangpingbuaa@126.com讲义电子版发到:ccsbuaa@126.com,密码:ccsbuaa自己下载第一章结束谢谢!
本文标题:现代飞行控制系统课件绪论
链接地址:https://www.777doc.com/doc-2506336 .html