《主动控制技术》PPT课件

考虑到飞机的边界限制是飞机飞行条件 的函数，边界限制系统的参数应随高度、 空速及外部载荷而变化。
在常用的g指令响应型的电传系统中，对法 向过载边界限制的基本方法是，在杆力输 入的前馈通道中加入指令限幅器，如下图 所示：
整个控制律结构大致由下述几个功能模 块组成：
（1）俯仰指令模块，主要包括：
包线限制可分为以下几种
（1）与失去控制相对应的限制，如飞机的 迎角、侧滑角和空速的限制。
迎角超过最大升力迎角，将会引起飞机 的失速和尾旋，迎角过大还会引起横侧向 不稳定。对静不稳定的飞机，当最大平尾 偏度引起的低头力矩不足以抵消大迎角带 来的上仰力矩时，电传操纵便失去了静稳 定的补偿作用。
设计包线限制系统应区分下述两种包线的 差别：
（1）限制包线 允许飞行员在应急情况下，超过该包线
的边界，其后果可能发生某些永久性的变 形。
（2）极限包线 超过该包线边界将会引起飞机损失。
设计准则
就所有的驾驶指令而言，可达到的包线尽 可能宽而又不超过限制包线；
就某个特定和有意义的驾驶指令而言，可 达到的包线将尽可能宽而又不超过极限包 线。
M 'L M 'q ZL M 'q ZM M 'M

q
§4、边界控制系统
一、概述 边界控制系统（包线限制系统）是指对
飞机的一些重要状态变量的边界值（包线 ）实现限制的飞行控制系统。其目的是减 轻飞行员的工作负担，实现“无忧虑”操 纵，保证飞机安全和实现飞机的作战性能 。


q


Z M '
1 Mq
'

q


ZM M M
'
ZL M
M
L
'
L

（1）
要保持常值迎角运动，则要求（1）式的
, q 方程与q无关。为此，可在第1个方程
中引入控制U1 ：
U1 ZMM ZL L q
前置滤波器：实际上是一个迟后——超前低通
滤波器网络，又称为驾驶指令模型（或指令成 形滤波器），其传递函数通常为（T1s+1） /(T2S+1) ，其中T2>T1。该滤波器的主要作用 是滤除杆力的猛烈冲动和高频噪声，并使指令
这种机动方式可以消除在跟踪地面目标 过程中，为修正航向偏差和瞄准偏差而出 现的横滚摇摆现象，对地投弹时能显著提 高飞行员瞄准目标的能力。在攻击空中目 标时，可提高飞机的反应速度和改善瞄准 精度。
直接侧力控制
直接侧力控制
2、机身偏航指向
要求在不改变航迹角 的情况下改变
侧滑角，控制飞机的偏航姿态， 即 0, ，如图所示。此时要 求直接侧力点作用于侧向焦点处，但由于 飞机航向的随遇平衡特性，飞机不一定能 保持给定的航线，航线还需导航系统加以 修正。
机身偏航指向控制方式
偏航指向动力学
3、侧向平移控制方式
在不改变飞机航向的条件下，控制飞机 的侧向速度，即要求 0, ，如图 所示。此时要求直接侧力作用点位于侧向 焦点处，并实现航向角不变的控制。
侧向平移动力学关系
要建立右向的平移速度uy 时，驾驶员发出 指令信号 ya 使垂直鸭翼左偏 ，同时给出 方向舵协调信号 a / ya 使方向舵也向左偏 转，二者分别产生侧力和偏航力矩。两个 偏航力矩相互平衡，两个侧力则合成总侧 力是飞机产生向右的侧向加速度，并随之 产生侧滑角。由于侧滑角会产生静偏航稳 定力矩是飞机向右偏航，因此需接入航向 保持模态和倾斜保持模态，保持飞机水平 姿态向右平移。当由侧滑角产生的侧力与 直接侧力平衡，飞机就以恒定的侧向速度 做稳态平移。
侧滑角也应限制在允许的范围内，否则会 造成侧向过载过大。
对于飞机的空速，不能过高也不能过低 ，飞机速度不断提高，会引起飞机机翼的 弹性震荡模态阻尼降低，从而引起飞机的 伺服弹性颤振。飞行速度过小，将有可能 造成失速。
（2）与飞机结构应力过大相对应的限制， 主要为过载和滚转速率等参数的限制。
（3）与飞行员耐力相关的限制 ，如在定常 条件下，过载的大小限制，以及在瞬变条 件下，过载变化率的限制。
在第2个方程中引入控制U2 ：
U2 M 'M M M 'L L M q 'q
则（1）式变为
Z q M
因此
M


L


ZM M M
'
ZL ML
'
1

1 Mq
'
q

1 ZM M L 'ZLM 'M
杆指令整形：应按规范中的有关要求，实现所 要求的杆力梯度特性。
俯仰过载限制环节：由于该系统基本上是实现 杆指令对应稳态过载的“g” 指令响应形式， 所以为了限制高速飞行时的法向过载，通过引 入杆指令的饱和特性，达到限制法向过载的目 的；由于飞机对正负过载要求不同，所以饱和 特性的正负限幅值不同。
现代飞行控制系统（下）
xxx
课件： xxx
四、侧向直接力控制
1、单纯直接侧力（机翼水平转弯） 此时保持 0, ，或 r ，如图所
示。类似，这种机动要求直接侧力作用点 位于质心之前一小段距离，且使 x1 xFB xc.g. xMB 。在水平转弯时，由于航向与滚转的耦合 作用，为保持机翼水平，还பைடு நூலகம்适当控制副 翼。
侧向平移
侧向平移运动的响应过程很慢，通常需 要10s左右才能建立稳定的侧向速度。这种 机动方式用于空－空攻击及空－地攻击中 ，可以扩大攻击范围。一般偏航指向可使 机头左右侧滑5°，故只要目标处于航线左 右5°以内，即可进行攻击。
5、纵向解耦控制律设计
（1）单纯直接升力模态
为实现这种控制，必须实现迎角与俯仰 角速率之间的解耦。若令力矩操纵面偏角 以 M 表示，直接升力操纵面偏角以 L 表示，则纵向短周期方程可表示为
二、边界限制方案分析
早期，参数的边界限制采用告警方案， 由飞行员采取措施加以限制。
利用控制系统实现边界限制的基本方案 是，利用不同的手段控制飞机相应参数的 时间响应历程，使其在给定的边界范围内 。
常用的技术包含：
（1）使用飞行控制系统的前馈和反馈； （2）使用适当的非线性控制技术 （3）使用模型跟踪技术