第四章自动驾驶仪及控制规律备课讲稿

自动飞行控制M11下第4章4.1自动驾驶仪的工作原理 (3)1. ◆自动驾驶仪的基本原理★P634 (3)2. ◆比例式，积分式自动驾驶仪公式(控制规律)中各项的作用，能产生什么影响？（以俯仰控制为例）★P639-641 (4)3. ◆解释三轴 AP，如果飞机当前在15000 英尺，当设定到新高度20000英尺后，比例式AP 如何进行控制？★★ (4)4. ◆比例式自动驾驶仪的工作原理，给出的是一个图（P639 页），让按照这个图说自动驾驶仪是如何工作的★★ (5)5. ◆自动驾驶仪舵回路原理？★P636 (6)6. ◆ CWS和CMD方式有什么区别，CMD方式的俯仰方式有哪几种？CMD方式的倾斜通道的工作方式？P644 ★ (6)7. ◆垂直导航(V NAV)接通时，自动驾驶如何完成纵向指令计算？P683 (6)8. ◆ MCP板上如何控制飞机俯仰方式，A/P之间关系（高度，高度保持），A/P方式？P664 (7)9. ◆ A/P有什么通道？每个通道有什么参数？P644 ★ (7)10. ◆ A/P衔接后，可以实现的主要功能有哪些？ (7)11. ◆如何断开自动驾驶？P665 (7)4.2安定面配平、马赫配平 (8)12. ◆自动配平的原理 P647 ★ (8)13. ◆马赫配平的原理，配平时动什么舵面，当马赫数降低时舵面怎么动？★ (8)14. ◆自动配平作用，失控配平亮什么灯，怎么处理？P652 ★ (8)15. ◆非计划配平灯亮的原因P652 ★ (8)16. ◆马赫配平，安定面配平关系？ (9)17. ◆马赫配平的题给了书上 652 页的图，要求解释？p652★★ (9)18. ◆速度配平的原理p650★★ (9)19. ◆死配平，失控配平、反向配平p652★★ (10)4.3偏航阻尼系统 (10)20. ◆荷兰滚产生的原因？P653 ★ (10)21. ◆偏航阻尼系统的原理及作用 P654★ (10)22. ◆偏航阻尼耦合器拆装注意事项？★□ (11)23. ◆偏航阻尼系统的组成及各部件的作用P655 (11)24. ◆偏航阻尼器INOP灯亮的原因P656 (11)25. ◆偏航阻尼的功用，正常转弯有没有影响，为什么？★★ (11)4.4飞行控制计算机（FCC）及系统 (12)26. ◆ FCC主要功能和组成部分P658 (12)27. ◆飞行控制计算机的基本工作原理P660 (12)28. ◆飞行控制计算机的软件组成P662 (12)29. ◆当按下CMD按钮时显示什么？如何断开自动驾驶？ P664★ (12)30. ◆ FCC在维护，拆装以及搬运过程中的注意事项，为什么？ P659只有一句□ 1331. ◆ FCC都计算哪些指令，这些指令通过MCP板怎样实现俯仰通道方式功能的？★ (13)32. ◆ FCC中值选择电路的功能？在A/P衔接工作情况下选择那部FCC作为主FCC？P670 (13)33. ◆自动着陆系统使用多余度控制，为什么？有一个通道失效以后，怎么工作？P669★ (13)34. ◆模拟式飞行控制系统的主要不足是什么？□ (14)35. ◆数字式飞行控制系统具有哪些主要优点？□ (14)4.5飞行指引仪 (14)36. ◆飞行指引仪的原理、功用。

学习情景1 课程导论1.飞行控制系统发展概述自动飞行控制系统已有100多年的研制历史，早在有人驾驶飞机出现之前，自动飞行装置即已出现。

1.1方向稳定器1873年，法国雷纳德（C.C.Renard）无人多翼滑翔机的方向稳定器。

1.2 电动陀螺稳定装置-姿态稳定1914年，美国的爱莫尔·斯派雷（Eimer Sperry）研制成功第一台可以保持飞机稳定平飞的电动陀螺稳定装置，该装置利用陀螺的稳定性和进动性，建立一个测量基准，用来测量飞机的姿态，它和飞机的控制装置连在一起，一旦飞机偏离指定的状态，这个机构就通过飞机的控制装置操纵飞机的舵面偏转使飞机恢复到原来的状态。

1.3 自动驾驶仪20世纪30年代出现了可以控制和保持飞机高度、速度和航迹的自动驾驶仪。

第二次世界大战促使自动驾驶仪等设备得到进一步发展，由过去气动-液压到全电动，由三个陀螺分别控制三个通道改用一个或两个陀螺来操纵飞机，并可作机动、爬高及自动保持高度等。

➢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；➢德国在二战后期研制成功飞航式导弹V-1和弹道式导弹V-2，更进一步促进了飞行自动控制装置的研制和发展。

20世纪50年代后，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。

1.4 自动飞行控制系统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）扩大，越来越复杂的飞行任务对飞机性能的要求也越来越高，仅靠气动布局和发动机设计所获得的飞机性能已经很难满足复杂飞行任务的要求。

因此，借助于自动控制技术来改善飞机稳定性的飞行自动控制装置（如增稳系统）相继问世，在此基础上，自动驾驶仪的功能得到进一步的扩展，发展成为自动飞行控制系统（AFCS）。

20世纪60年代，产生了随控布局飞行器（congtrol configured vehicle--CCV）的设计思想。

20世纪60年代前的以模拟电路或模拟计算机为主要计算装置的飞行控制系统，逐渐发展成为现在已普遍应用的数字式飞行控制系统，这也为新技术应用和更复杂更完善系统的综合提供了实现的可能性。

飞机均衡式自动驾驶仪控制规律设计及仿真曲东才;林志刚;卢建华【摘要】The aero proportional control law of the automatic pilot would bring control stability error under interference mo-ment or ramp signal, airplane then can't make airplane accurate fly along scheduled flight path. Firstly, basic work princi-ple foundation of the balanced-automatic pilot was briefly analyzed. Secondly, structure diagram of balanced-automatic automatic pilot was established, and it’s control law was designed. Finally, a great deal of simulation research was done. Simulation results manifested that the designed balanced-automatic pilot control law was good and valid, with comparison proportional control law of automatic pilot, and the steady state capabilities of the control system with balanced-automatic pilot were gotten valid improvement.%飞机在干扰力矩或斜坡信号作用下，其比例式自动驾驶仪控制规律会产生控制静差，难以控制飞机按预定航迹准确飞行。

无人驾驶汽车操作与维护使用说明书第一章：介绍欢迎使用无人驾驶汽车，本操作与维护使用说明书将为您提供详细的指导。

请仔细阅读本手册，并按照说明操作，以确保安全和有效的使用体验。

第二章：操作指南2.1 准备在使用无人驾驶汽车之前，请确保您已经完成以下准备工作：- 确认车辆电量充足，将无人驾驶汽车连接到充电器。

- 检查车辆外部是否有明显损坏或污染。

- 确保安全带固定良好。

2.2 启动与关闭- 按下启动按钮，无人驾驶汽车将开始启动程序。

- 在使用结束后，按下关闭按钮，车辆将进入停机状态。

2.3 目的地设定- 使用车载导航系统或手机App，设定您的目的地。

- 确认导航系统已正确连接网络，并获取最新地图和交通信息。

2.4 行驶与停车- 在目的地设定完成后，无人驾驶汽车将根据导航系统和传感器的指令自动行驶。

- 注意观察周围环境，确保道路安全，避免与其他车辆或行人发生碰撞。

- 当到达目的地时，无人驾驶汽车将自动停车并等待下一步指令。

第三章：维护与保养3.1 故障排除- 当无人驾驶汽车出现异常情况时，及时停车，并联系售后服务中心进行故障排查与处理。

- 不要自行拆解或修理无人驾驶汽车，以免造成进一步损坏或安全隐患。

3.2 车辆清洁- 定期清洁车辆外观，可使用柔软的清洁材料擦拭，避免使用粗糙的物品刮擦车漆。

- 同时，注意清洁车辆底盘和传感器，确保其工作正常。

3.3 充电管理- 在无人驾驶汽车电量过低时，及时将其连接到指定充电器进行充电。

- 避免长时间超负荷充电以及在高温或潮湿环境下进行充电。

3.4 定期检查与维护- 根据使用手册中的保养周期表，按时进行相关项目的检查和维护，以确保车辆各部件的正常工作。

- 检查轮胎胎压、制动系统、灯光、雨刷器等关键部件，确保其正常工作。

第四章：安全注意事项4.1 驾驶员责任- 尽管是无人驾驶汽车，驾驶员仍有责任注意观察道路并随时准备接管控制权。

- 在驾驶过程中，不要进行其他会分散注意力的活动，如打电话或使用手机。

一、飞行原理1、飞机升力产生的原理，飞机迎角与升力的关系，飞机速度与升力的关系。

2、飞机纵向平衡的条件是什么，如何建立这个平衡？3、什么是飞机纵向静稳定性？满足飞机纵向静稳定性的条件是什么？分析飞机具有纵向静稳定情况下，迎角受到外界干扰时的稳定过程？4、飞机纵向稳定力矩，控制力矩，阻尼力矩。

5、什么是飞行速度稳定性？什么是正常操纵和反操纵？马赫配平的作用是什么？6、飞机纵向运动有哪两种运动模态，各自有什么特征及其原理是什么。

7、什么是飞机横向稳定性？什么是飞机航向稳定性？8、飞机航向阻尼力矩、控制力矩、稳定力矩；横向阻尼力矩、控制力矩、稳定力矩？分析它们是如何产生的？9、飞机纵向运动有哪三种运动模态，各自有什么特征及其原理是什么。

10、机翼上反与后掠对横向静稳定性有什么影响。

二、舵回路1、舵回路的基本组成？2、画出硬反馈式舵回路的结构图，其传递函数近似于一个什么环节？其工作特性是什么？3、画出软反馈式舵回路的结构图，其传递函数近似于一个什么环节？其工作特性是什么？4、画出均衡反馈式舵回路的结构图，其传递函数近似于一个什么环节？其工作特性是什么？5、电动舵机中磁粉离合器的作用是什么？金属摩擦离合器的作用是什么？6、磁粉离合器的机械特性曲线是指？力矩特性曲线是指？7、电液副舵机的力矩马达的作用是？液压放大器的作用是？8、电液复合舵机具有哪四种工作状态。

电磁转换机构和锁紧机构的作用是。

9、舵机的负载是？它影响舵机的什么工作特性。

10、用磁粉离合器控制的电动舵机的空载特性可描述为什么环节？负载特性可描述为什么环节？三、典型飞行控制系统1、已知某飞机的传递函数是：)69.19.0()4.0(5.1)()(2+++-=∆∆Z s s s s s s δϑ，其俯仰姿态角控制系统的控制规律为：•Z Z Z ∆K +∆-∆K =∆+T •ϑϑϑδϑϑδ)()1(g s 。

（1）由控制规律画出相应的系统结构图；（2）要控制该飞机舵回路的时间常数应作何限制？ （3）若飞机受到常值力矩92.0=∆M Z γ公斤*米，已知 Z Z M δ=-1.15公斤*米/度，若要求稳定后其静差 s θ∆<01 ，应对Z K ϑ 作何限制；（4）若要保证该系统的动态性能，应如何选取Z •K ϑ的值。

自动驾驶系统技术手册第一章：引言自动驾驶系统技术手册是为了提供详细的指导和描述，帮助读者全面了解自动驾驶系统技术的原理、功能和应用。

本手册将逐步介绍自动驾驶系统的基本原理、传感器技术、决策控制算法以及系统的安全性和可靠性等关键内容。

第二章：自动驾驶系统的基本原理自动驾驶系统基于先进的感知与决策技术，通过车载传感器获取车辆周围环境的各种信息，然后依据内部的决策与控制算法进行智能决策和车辆控制。

系统的基本原理可概括为：感知模块、决策与规划模块以及控制执行模块。

2.1 感知模块感知模块是自动驾驶系统中最重要的组成部分之一。

通过使用雷达、摄像机、激光雷达等多种传感器，系统能够实时获取车辆周围环境的各种信息，如道路状况、交通信号、行人和车辆等。

感知模块将这些信息处理并转化成高精度的地图与环境模型。

2.2 决策与规划模块决策与规划模块是自动驾驶系统中的大脑，负责根据感知模块输出的信息，制定出相应的决策和行驶规划。

这个模块通常采用人工智能和机器学习技术，充分考虑交通规则、安全性和效率等因素，并即时调整决策与规划以应对不同的交通情况。

2.3 控制执行模块控制执行模块是自动驾驶系统的执行机构，根据决策和规划模块的输出信号，对车辆进行精细的控制。

该模块通常包括定位系统、速度控制、转向控制和跟车控制等，通过精确的控制来实现车辆的自动驾驶。

第三章：自动驾驶系统的传感器技术自动驾驶系统依赖多种传感器技术来感知车辆周围环境，包括雷达、摄像机、激光雷达等。

这些传感器技术在不同的场景下发挥着重要作用。

3.1 雷达技术雷达技术是自动驾驶系统感知模块中最常用的传感器技术之一。

通过发射和接收电磁波，雷达可以测量车辆周围物体的距离、速度和方向信息，以构建车辆周围的物体图像。

3.2 摄像技术摄像技术是自动驾驶系统的另一个重要传感器技术。

通过使用高分辨率的摄像头，系统可以捕捉到车辆周围环境的实时图像，进行图像分析和目标检测。

3.3 激光雷达技术激光雷达技术是感知模块中最精确和高精度的传感器之一。

人工智能在自动驾驶中的应用教案一、教学目标1、让学生了解自动驾驶的基本概念和发展历程。

2、使学生理解人工智能在自动驾驶中的重要作用。

3、帮助学生掌握人工智能在自动驾驶中的关键技术和应用场景。

4、培养学生对自动驾驶领域的兴趣，激发他们对科技创新的热情。

二、教学重难点1、重点人工智能在自动驾驶中的核心技术，如感知、决策与控制。

自动驾驶不同级别所对应的技术特点和应用场景。

2、难点如何让学生理解复杂的人工智能算法在自动驾驶中的工作原理。

自动驾驶中的安全性和伦理问题。

三、教学方法1、讲授法讲解自动驾驶和人工智能的基本概念、原理和技术。

2、案例分析法通过实际的自动驾驶案例，分析人工智能的应用和效果。

3、小组讨论法组织学生分组讨论自动驾驶中的热点问题，如安全性和伦理挑战。

四、教学过程1、导入（10 分钟）播放一段关于自动驾驶汽车的视频，引起学生的兴趣。

提问学生对自动驾驶的初步印象和了解程度。

2、知识讲解（30 分钟）介绍自动驾驶的定义和发展历程，从早期的辅助驾驶到高度自动化驾驶。

讲解自动驾驶的级别划分（L0 L5），并举例说明每个级别车辆的功能和特点。

引入人工智能的概念，解释其在自动驾驶中的关键作用，如数据处理、模式识别和决策制定。

3、核心技术讲解（30 分钟）感知技术介绍传感器在自动驾驶中的应用，包括摄像头、激光雷达、毫米波雷达等。

解释如何通过这些传感器获取车辆周围的环境信息，如道路状况、障碍物和其他车辆的位置和速度。

决策与规划技术讲解如何基于感知到的信息进行决策，如选择行驶路线、控制车速和避免碰撞。

介绍常见的决策算法，如基于规则的决策、基于机器学习的决策等。

控制技术解释如何通过控制车辆的转向、加速和制动来实现自动驾驶。

提及控制算法的优化和实时性要求。

4、应用场景分析（20 分钟）城市道路自动驾驶分析在城市复杂交通环境下自动驾驶的挑战和解决方案。

讨论自动驾驶对城市交通拥堵和出行方式的影响。

高速公路自动驾驶探讨高速公路上自动驾驶的优势和潜在风险。

飞机驾驶技术——自动驾驶仪自动驾驶系统（自动驾驶仪），是一种通过飞行员按一些按钮和旋转一些旋钮，或者由导航设备接收地面导航信号，来自动控制飞行器完成三轴动作的装置。

不同型号的飞机所装备的自动驾驶仪可能会有一些小的差别，但是大体相似。

自动驾驶系统能做些什么？· 保持机翼水平，不发生滚转。

· 保持飞机当前的仰俯角。

· 保持选定的飞行方向。

· 保持选定的飞行高度。

· 保持选定的上升率或下降率。

· 跟踪一个VOR电波射线（Radial）。

· 跟踪一个定位信标（Localizer）或反向航路定位信标（Localizer Back Course）。

· 跟踪仪器降落系统（Instrument Landing System）的定位信标和下滑道指示信标（Glide Slope）。

· 跟踪一个GPS航路。

·GPS 不支持垂直方向制导的自动导航。

自动飞行控制系统，包括自动驾驶仪，自动油门（自动节流阀门）和飞行指引仪。

·保持一个选定的飞行速度（空速或地速）。

· 消除有害的偏航。

· 帮助飞行员正确的手动控制飞机。

·飞行管理计算机（Flight Management Computers）· 垂直方向导航（Vertical Navigation）· 横向导航（Lateral Navigation）· 飞行水平改变（Flight Level Change）· 机轮控制（Control Wheel Steering）· 自动降落（Autoland）为什么要使用自动驾驶仪？有些人认为真正的飞行员是不需要自动驾驶仪的，这个观点是有一点偏颇的，因为适当的使用自动驾驶仪可以减少飞行员的工作量，特别是在仪器飞行规则（Instrument Flight Rules）的时候。

A TA22 自动飞行‎系统自动驾驶仪1.‎自‎动驾驶仪的基本原‎理‎答：一）自动驾‎驶仪属‎于反馈控制系‎统，它代‎替驾驶员控‎制飞机的飞‎行。

自动‎驾驶仪是利用‎“反馈‎”控制原理实现‎对飞‎机运动参数的控制‎。

‎二）自动驾驶仪基‎本组成部分包括：测量‎元件或敏感元件、信‎号‎处理元件、放大元‎件、‎执行机构。

三‎）自动‎驾驶仪工作时‎，以飞机‎为控制对象‎，实现飞机‎不同参数‎的控制与稳定‎。

自动‎驾驶仪的工作回‎路通‎常由以下四种不同‎的‎“反馈”控制回路组‎成：（1）同步回路‎：在自动驾驶仪衔接‎时‎，保证系统输出为‎零，‎即自动驾驶仪的‎工作状‎态与当时飞行‎状态同步‎。

基本组成‎：FCC内‎部同步、‎作动筒的同步‎。

（‎2）舵回路：自‎动飞‎行控制系统根据输‎入‎信号，通过执行机构‎控制舵面，引入内反馈‎，形成随动系统或称‎伺‎服回路，简称为舵‎回路‎。

舵回路由舵机‎、放大‎器及反馈元件‎组成。

‎（3）稳定‎回路：自动‎驾驶仪与‎飞机组成一个‎回路，‎主要功能是稳定‎飞机‎的姿态。

（4）‎控‎制回路：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‎更大回路，称‎为控制回‎路或制导回‎路。

其作用‎是实现对‎飞机重心的运‎动的控‎制。

内回路主‎要是‎控制和操纵飞机的‎姿‎态运动；而外回路主‎要是控制飞机质心的轨‎迹运动。

2.比例式，‎积‎分式自动驾驶仪公‎式中‎各项的作用，能‎产生什‎么影响？答‎：内容比‎较多，需要‎看书。

一‎、比例式‎自动驾驶仪：‎参考‎书中P639页‎图4‎.1-6比例式‎自‎动驾驶仪的控制规律‎为升降舵的舵偏角增量‎与俯仰角偏差成比例‎关‎系。

通过俯仰角偏‎差影‎响升降舵的偏转‎从而从‎干扰状态恢复‎到稳定状‎态。

二、‎积分式自动‎驾驶仪：‎积分式自动‎驾驶仪‎的控制规律为升‎降舵‎的舵偏角与俯仰角‎偏‎差的积分成比例关系‎。