導(dǎo)語(yǔ)：民用飛機(jī)橫航向增穩(wěn)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)論文一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

1民用飛機(jī)橫航向增穩(wěn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

控制增穩(wěn)的控制律設(shè)計(jì),首先要滿足穩(wěn)定性要求。設(shè)計(jì)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明,在線性設(shè)計(jì)階段,應(yīng)力求留出足夠的幅值穩(wěn)定裕量和相位裕量;從而使非線性設(shè)計(jì)和實(shí)際系統(tǒng)交付時(shí),得以滿足6分貝幅值裕量和45°相位裕量的指標(biāo)要求。具體設(shè)計(jì)指標(biāo)如下。滾轉(zhuǎn)軸操縱具備滾轉(zhuǎn)角速度控制/傾斜角姿態(tài)保持響應(yīng)類型,并具有自動(dòng)轉(zhuǎn)彎協(xié)調(diào)能力。偏航角操縱具備常規(guī)的側(cè)滑角控制響應(yīng)類型,而由側(cè)滑引起的滾轉(zhuǎn)趨勢(shì)可以通過(guò)副翼調(diào)節(jié)自動(dòng)防御。荷蘭滾阻尼比大于0.5,滾轉(zhuǎn)角速度響應(yīng)零點(diǎn)和荷蘭滾極點(diǎn)盡量對(duì)消,以提高乘坐品質(zhì)。滾轉(zhuǎn)模態(tài)半衰期足夠小。

1.1基于滾轉(zhuǎn)角速率反饋副翼的控制方案

滾轉(zhuǎn)角速率反饋的主要目的是減少飛機(jī)滾轉(zhuǎn)性能隨飛行條件的變化?？梢栽谔岣邉?dòng)穩(wěn)定性的同時(shí),改善以致消除滾轉(zhuǎn)角速率振蕩引起的傾斜角振蕩,并在全包線內(nèi)獲得良好的橫航向控制增穩(wěn)能。

1.2基于側(cè)向過(guò)載或側(cè)滑角反饋控制方案

引入側(cè)向過(guò)載或側(cè)滑角反饋有利于提高荷蘭滾模態(tài)頻率。同時(shí)引入偏航角速率和側(cè)向過(guò)載反饋不僅可以補(bǔ)償航向靜安定度,而且有助于減小滾轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)和側(cè)向擾動(dòng)時(shí)的側(cè)向過(guò)載和側(cè)滑角。因此,在偏航通道和滾轉(zhuǎn)通道中分別引入滾轉(zhuǎn)角速率反饋和偏航角速率反饋可以增加相應(yīng)通道的阻尼比,引入側(cè)滑角或側(cè)向過(guò)載反饋則可以增加系統(tǒng)靜穩(wěn)定性,但同樣會(huì)減小系統(tǒng)阻尼。以上三種反饋控制方案的優(yōu)、缺點(diǎn)總結(jié)于表1中。對(duì)于橫側(cè)向增穩(wěn)來(lái)說(shuō),單獨(dú)引入角速率反饋、側(cè)向過(guò)載或側(cè)滑角反饋不會(huì)使系統(tǒng)有較理想的特性。由于滾轉(zhuǎn)和偏航運(yùn)動(dòng)的耦合關(guān)系,通常采用在副翼通道中引入滾轉(zhuǎn)角速率、側(cè)滑角、側(cè)向過(guò)載反饋、在方向舵通道中引入偏航角速率、側(cè)向過(guò)載、側(cè)滑角反饋的綜合增穩(wěn)控制方案,如圖1所示。

(1)在滾轉(zhuǎn)通道中引入滾轉(zhuǎn)角速率反饋可以提高飛機(jī)的滾轉(zhuǎn)阻尼;在偏航通道中引入偏航角速率的負(fù)反饋,增大了荷蘭滾的阻尼比,實(shí)現(xiàn)了偏航阻尼的功能,從而改善了高空飛行時(shí)的航向阻尼和荷蘭滾阻尼特性。

(2)引入與副翼偏轉(zhuǎn)同極性的正反饋比例信號(hào),可以減小側(cè)滑角,以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)彎。

(3)在偏航通道中引入側(cè)滑角的負(fù)反饋,可以增大航向運(yùn)動(dòng)的固有頻率,起到偏航增穩(wěn)系統(tǒng)的功能。

(4)在副翼通道引入側(cè)滑角或側(cè)向過(guò)載信號(hào),使副翼產(chǎn)生滾轉(zhuǎn)力矩以減小飛機(jī)過(guò)大的橫向靜穩(wěn)定性導(dǎo)數(shù),來(lái)改善飛機(jī)的滾擺比。

2民用飛機(jī)橫航向增穩(wěn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析

對(duì)自然飛機(jī)的穩(wěn)定性仿真可知,原系統(tǒng)滾轉(zhuǎn)阻尼、荷蘭滾阻尼、航向靜穩(wěn)定性都不夠,荷蘭滾模態(tài)與滾轉(zhuǎn)模態(tài)之間存在嚴(yán)重耦合,造成系統(tǒng)響應(yīng)振蕩劇烈,因此,為使系統(tǒng)具有較好的動(dòng)態(tài)特性和穩(wěn)定性,需要進(jìn)行增穩(wěn)控制。除了在航向通道中沒(méi)有引入與副翼偏轉(zhuǎn)同極性的正反饋比例信號(hào),本文采用了圖1所示的增穩(wěn)系統(tǒng)架構(gòu)來(lái)進(jìn)行控制律設(shè)計(jì)。常規(guī)控制律設(shè)計(jì)方法主要采用經(jīng)典單回路頻域或根軌跡方法設(shè)計(jì)。當(dāng)隨著民用飛機(jī)結(jié)構(gòu)變得更加復(fù)雜,各運(yùn)動(dòng)模態(tài)之間的耦合更加密切,控制系統(tǒng)變得更加復(fù)雜,經(jīng)常為多輸入多輸出系統(tǒng),這些都使得常規(guī)的單回路設(shè)計(jì)方法難以完成相應(yīng)的飛行控制設(shè)計(jì)。因此現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法逐漸被應(yīng)用到飛行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,如最優(yōu)二次型設(shè)計(jì)方法、LQG/LTR方法、特征結(jié)構(gòu)配置方法、非線性系統(tǒng)動(dòng)態(tài)逆設(shè)計(jì)方法等。本文采用最優(yōu)二次型設(shè)計(jì)方法對(duì)橫航向增穩(wěn)控制律進(jìn)行設(shè)計(jì),該方法主要優(yōu)點(diǎn)在于為了使性能代價(jià)函數(shù)最小化,所有控制增益能同時(shí)獲得。

3結(jié)語(yǔ)

該文在進(jìn)行橫航向增穩(wěn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí),主要是采用了滾轉(zhuǎn)角速率和側(cè)滑角反饋到副翼以及偏航角速率和側(cè)滑角反饋到方向舵的控制構(gòu)型,后續(xù)可以考慮加入副翼到方向舵的交聯(lián)信號(hào)和滾轉(zhuǎn)角速率與迎角的乘積到方向舵回路的交聯(lián)信號(hào)來(lái)進(jìn)行橫航向增穩(wěn)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。另外當(dāng)飛控系統(tǒng)降級(jí)為到輔助模式或者直接模式下運(yùn)行,同樣需要設(shè)計(jì)橫航向增穩(wěn)控制系統(tǒng),以保證飛機(jī)具有一定的穩(wěn)定性及操縱品質(zhì),此時(shí)橫航向增穩(wěn)系統(tǒng)的架構(gòu)取決于降級(jí)后傳感器測(cè)量的可利用信號(hào)。

作者:陳磊 單位:上海飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院