第五章-2 飞机的姿态控制系统

第五章飞机的姿态控制系统姿态控制系统的构成与工作原理飞机纵向姿态稳定与控制飞机横侧向姿态稳定与控制南京航空航天大学金城学院赵宾2010，12姿态控制系统的构成与工作原理自动驾驶仪（autopilot）在姿态控制中的工作原理：比例式自动驾驶仪积分式自动驾驶仪比例加积分式自动驾驶仪（均衡反馈式自动驾驶仪）姿态控制系统的构成与工作原理比例式自动驾驶仪（1）控制规律简写为：由垂直陀螺以及舵回路构成了比例式控制率姿态角自动控制器。姿态控制系统的构成与工作原理比例式自动驾驶仪（2）工作原理纵向自动驾驶仪基本功能：将飞机保持在给定的参考姿态当飞机进行均速水平直线飞行状态时，受到紊流干扰，出现俯仰角偏差，垂直陀螺仪测出俯仰角偏差，输出电压信号，如果外加信号，则通过信号综合与舵回路后，按照控制规律式驱动升降舵下偏：使飞机产生低头力矩，减小俯仰角偏差，最后实现姿态保持的功能。姿态控制系统的构成与工作原理比例式自动驾驶仪（3）存在常值干扰力矩Mf时比例式自动驾驶仪的静差问题常值干扰力矩将引起俯仰角静差，此静差与Mf同极性且成正比。增大反馈增益可减小俯仰角的静差，但是过大的增益会导致升降舵偏角过大，引发震荡。为克服其问题，在控制律中引入俯仰角速率，增大阻尼：姿态控制系统的构成与工作原理积分式自动驾驶仪（1）控制规律在舵回路中采用速度反馈就组成了积分式自动驾驶仪。闭环传递函数：姿态控制系统的构成与工作原理积分式自动驾驶仪（1）控制规律升降舵偏转角速率与俯仰角偏差成正比姿态控制系统的构成与工作原理比例加积分式自动驾驶仪（1）控制规律又称均衡反馈式自动驾驶仪闭环传递函数：简化为：姿态控制系统的构成与工作原理比例加积分式自动驾驶仪（1）控制规律均衡式反馈舵回路的角位移控制系统等效方框图飞机纵向姿态稳定与控制比例式自动驾驶仪修正初始俯仰角偏差以自动驾驶仪控制率为例，分析自动驾驶仪的工作过程及与迎角的关系。（1）稳定过程飞机受扰后出现俯仰角偏差升降舵下偏，飞机低头，减小。俯仰角速度飞机纵向姿态稳定与控制比例式自动驾驶仪修正初始俯仰角偏差（1）稳定过程平衡打破后，低头力矩的作用下，飞机的纵轴总是先于空速向量发生转动，因而。迎角负向增大，使空速向量向下偏转加快，减缓迎角负向增加的速度。迎角达到最大值，飞机纵轴与空速向量转动的速度相同，负迎角不再增加。飞机纵向姿态稳定与控制比例式自动驾驶仪修正初始俯仰角偏差（1）稳定过程负值分量的舵偏角逐渐增大，政府两部分舵偏角抵消后，由负值分量的舵偏角占主导，则总舵偏角逐渐变为负值，由此产生抬头力矩，使得飞机抬头，减缓纵轴转动速度，最后使俯仰角偏差趋于零。飞机纵向姿态稳定与控制比例式自动驾驶仪修正初始俯仰角偏差（2）控制过程首先，由控制律产生舵偏角。升降舵上偏，产生抬头力矩，增加，同时，产生正值分量的舵偏角，其余的过程与稳定过程类似。飞机纵向姿态稳定与控制比例式自动驾驶仪修正初始俯仰角偏差（2）控制过程由上述分析可见：飞机纵向姿态稳定与控制比例式自动驾驶仪修正初始俯仰角偏差（2）控制过程最大迎角增量越大，法向过载增量越大，使得乘员不舒适。法向过载过小，则使俯仰角控制的过渡过程太长。飞机纵向姿态稳定与控制初始迎角情况下的纵向运动采用控制律。初始迎角则纵向静稳定性力矩使飞机向迎角减小的方向下俯，同时使空速向上转动，迎角急剧减小，出现和。飞机纵向姿态稳定与控制初始迎角情况下的纵向运动由控制律知，驾驶仪使升降舵上偏，产生抬头力矩，阻止飞机下俯，抬头力矩随下俯角增大而增大；而低头力矩随迎角减小而减弱，当两力矩平衡后，俯仰角速度不再负向增加，抬头力矩大于低头力矩，俯仰角速度由负变正，逐渐使升降舵、俯仰角和迎角回零。课后习题