自動(dòng)駕駛儀課件

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1、精品文檔 自動(dòng)駕駛儀 一、自動(dòng)駕駛儀的組成 為了弄清自動(dòng)駕駛儀的組成以及它是如何來代替駕駛員的問題。 我們先來看看駕駛員是如何操縱飛機(jī)的。 如果要求飛機(jī)作水平直線飛行 , 飛機(jī)必須有一起始的俯仰角 ( 等于平飛時(shí)的迎角 ) 來產(chǎn)生一定的升力與飛機(jī)的重力平衡 . 同時(shí)升降舵應(yīng)向上偏轉(zhuǎn)一定角度產(chǎn)生一定的操縱力矩與飛 機(jī)的穩(wěn)定力矩平衡 . 此時(shí)陀螺地平儀的指示小飛機(jī)應(yīng)水平線位置 , 表明飛機(jī)作水平直線飛行 . 若某種干擾使飛機(jī)偏離起始姿態(tài) ( 如抬頭 △ 角 ), 這時(shí)駕駛員從地平儀觀察到此變化 , 于是他的大

2、腦作出決定 , 前推駕駛桿 , 使升降舵 下偏一個(gè) 角 , 產(chǎn)生一低頭力矩從而使飛機(jī)趨于水平駕駛員從地平儀中看到此變化 , 于是把駕 駛桿逐漸回收到原來的平衡位置 , 升降舵也回到 位置 , 這時(shí)飛機(jī)又作水平下線飛行 . 上述駕駛過程可用圖 8.20 來表示。 由圖可知 , 駕駛員和飛機(jī)組成了一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng) , 圖中虛線框表示駕駛員。 若用自動(dòng)駕駛儀來代替駕駛員上述駕駛過程的話 , 那么駕駛儀必須滿足如下條件 : 1. 它應(yīng)能知道飛機(jī)偏離預(yù)定姿態(tài)角的情況, 并

3、按偏離方向 , 使舵面作相應(yīng)的偏轉(zhuǎn) . 2. 舵面偏轉(zhuǎn)的大小和飛機(jī)偏離的大小應(yīng)成一定的比例關(guān)系 . 即機(jī)頭偏離大時(shí) , 舵偏角也 應(yīng)大。 因此自動(dòng)駕駛儀也應(yīng)具有代替駕駛員眼、神經(jīng)和肌肉、手或腳的一些裝置 . 如起眼睛作 用的敏感元件 , 起神經(jīng)和肌肉作用的變換放大元件和起手起腳作用的執(zhí)行元件。如圖 8.21 所示 . 由圖可知 , 自動(dòng)駕駛儀主要由敏感元件、變換放大元件和執(zhí)行元件三大部分組成 . 1. 敏感元件 : 有時(shí)也稱為傳感器 , 它是用來感受或測(cè)量飛機(jī)的姿態(tài)及飛行參數(shù), 并輸出相 應(yīng)電信號(hào)的一些裝置。 如測(cè)量飛機(jī)俯仰、 傾

4、斜和航向姿態(tài)的垂直陀螺儀放 4 量飛機(jī)繞機(jī)體軸轉(zhuǎn)動(dòng)角速度的速率陀螺儀此外還有大氣數(shù)據(jù)傳感器、高度差傳感器和加速度計(jì)等敏感元件。 。 1歡迎下載 精品文檔 2. 變換放大元件 : 從敏感元件輸出的電信號(hào)一般都是很微弱的, 為了使執(zhí)行元件能夠工 作 , 并按一定規(guī)律工作 , 必須將信號(hào)加以放大和變換 , 使得足以推動(dòng)執(zhí)行元件 , 并按一定規(guī)律 動(dòng)作。 最常用的變換放大元件有電子放大器、 磁放大器和液壓放大器等。 電子放大器通常有晶體管、集成電路和大規(guī)模集成電路等放大器。 3. 執(zhí)行元件 : 有時(shí)也稱為舵機(jī)

5、。它根據(jù)敏感元件輸出的信號(hào)大小及極性去偏轉(zhuǎn)相應(yīng)的舵面。根據(jù)采用的能源不同主要有 : 電動(dòng)式、液壓式和氣動(dòng)式。 在自動(dòng)駕駛儀中有一個(gè)最基本的回路 , 它是由放大器、舵機(jī)和返饋元件構(gòu)成的一個(gè)閉環(huán) 回路 , 通常稱之為舵回路。 舵回路性能的好壞會(huì)直接影響到自動(dòng)駕駛儀性能。圖中測(cè)速機(jī)測(cè)出舵面偏轉(zhuǎn)的角速度 , 并返饋給放大器用來改善舵回路的動(dòng)態(tài)特性 , 即增大舵回路的阻尼。位置傳感器將舵偏角位 置信號(hào)返饋到舵回路的輸入端從而實(shí)現(xiàn)舵偏角的大小與輸入控制信號(hào)成一定的關(guān)系。 當(dāng)舵回

6、 路具有位置返饋時(shí)稱之為比例式舵回路。 這時(shí)舵面的偏轉(zhuǎn)角與輸入信號(hào)成正比。 若舵回路僅 具有速度返饋時(shí)為積分式舵回路 , 即舵面偏轉(zhuǎn)的角速度與輸入信號(hào)成比例。 二、自動(dòng)駕駛儀的功用及工作原理 我們知道自動(dòng)駕駛儀是用來穩(wěn)定與控制飛機(jī)角運(yùn)動(dòng)和重心運(yùn)動(dòng)的一種飛行自動(dòng)控制系統(tǒng)。其功用為 : 1. 按照駕駛員的意圖穩(wěn)定 ( 或保持 ) 飛機(jī)的飛行狀態(tài)。如穩(wěn)定飛機(jī)的姿態(tài)角 , 保持飛機(jī)的飛行高度和飛行 M數(shù)等。 例如 , 駕駛員常常通過自動(dòng)駕駛儀來穩(wěn)定飛機(jī)的姿態(tài)角作巡航水平直線飛行。尤其遠(yuǎn)程 民航機(jī)、運(yùn)輸機(jī)、轟炸機(jī)以及殲擊機(jī)轉(zhuǎn)場(chǎng)時(shí)很重要 , 以

7、減輕駕駛員的負(fù)擔(dān)。 2. 執(zhí)行來串自動(dòng)駕駛儀中操縱臺(tái)的各種指令信號(hào)。 由于自動(dòng)駕駛儀是并聯(lián)在飛機(jī)機(jī)械系統(tǒng)之中 , 所以當(dāng)自動(dòng)駕駛儀工作時(shí) , 駕駛員不能推 動(dòng)駕駛桿 , 因它們與自動(dòng)駕駛儀聯(lián)動(dòng)。為此駕駛員必需通過自動(dòng)駕駛儀的操縱臺(tái)發(fā)出各種指 令控制信號(hào) , 此信號(hào)與敏感元件輸出的信號(hào)極性相反以其差值加到舵回路從而操縱舵面偏轉(zhuǎn) , 使飛機(jī)按照各種指令信號(hào)運(yùn)動(dòng)。例如使飛機(jī)按給定的俯仰角爬高、下滑、改平 ; 按選定的傾 斜角轉(zhuǎn)彎 ; 按選定的航跡飛行等。 。 2歡迎下載 精品文檔 3. 自動(dòng)

8、駕駛儀目前正朝綜合化多功能方向發(fā)展。 例如與地面無線電設(shè)備一起可組成自動(dòng)著陸系統(tǒng) , 來完成飛機(jī)的自動(dòng)著陸等任務(wù)。如波 音-747 等飛機(jī)上裝有自動(dòng)著陸系統(tǒng)。在轟炸機(jī)上還可同其它電子設(shè)備、軍械設(shè)備一起構(gòu)成 自動(dòng)瞄準(zhǔn)投彈系統(tǒng)。 如 F-105D 戰(zhàn)斗轟炸機(jī)可利用自動(dòng)駕駛儀操縱飛機(jī)進(jìn)入目標(biāo) , 機(jī)動(dòng)飛行投 彈, 脫離戰(zhàn)斗 , 返航和著陸。在戰(zhàn)斗機(jī)上還可與機(jī)載雷達(dá)等設(shè)備構(gòu)成火力控制系統(tǒng) , 當(dāng)機(jī)載雷 達(dá)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)后 , 就進(jìn)入自動(dòng)跟蹤目標(biāo)。并實(shí)施攻擊。它還可以同地形跟蹤雷達(dá)一起構(gòu)成自動(dòng) 地形跟蹤系統(tǒng) , 這種系繞可使飛機(jī)貼著地形高速低空入侵 , 由于有地形的

9、遮蔽 , 不易為雷達(dá)所 發(fā)現(xiàn)。如 F-111 飛機(jī)上就裝有自動(dòng)地形跟蹤系統(tǒng) ; 可離地 60 米飛行。 因此自動(dòng)駕駛儀不僅可用于民航機(jī)、 運(yùn)輸機(jī)、 轟炸機(jī)；而且還可用于殲擊機(jī)、 直升機(jī)和無人飛機(jī)等。 我們知道自動(dòng)駕駛儀是通過飛機(jī)的升降舵副翼和方向舵三個(gè)主要操縱面來穩(wěn)定和控制 飛機(jī)的。 因而自動(dòng)駕駛儀也有與其對(duì)應(yīng)的俯仰、 橫滾和航向三個(gè)通道。 通道之內(nèi)有相互交聯(lián)的信號(hào) ( 特別是橫滾和航向通道之內(nèi) ) 。下面我們僅以俯仰通道為例來說明自動(dòng)駕駛儀的工作原理。 1. 自動(dòng)駕駛儀穩(wěn)定飛機(jī)俯仰角的過程： a. 飛機(jī)處于平飛狀態(tài)

10、飛機(jī)平飛時(shí) , 俯仰電位計(jì)的電刷 B 在其中點(diǎn)，而給定電位計(jì)的電刷 A 也在中點(diǎn) , 兩者電位相等 , 偏差信號(hào)為零升降舵不動(dòng)處于中立位置。 b. 飛機(jī)偏離平飛狀態(tài)，產(chǎn)生俯仰角偏差信號(hào) 當(dāng)飛機(jī)受到擾動(dòng)后 , 若飛機(jī)機(jī)頭上仰 角 , 這時(shí)俯仰電位計(jì)與電刷 A 一道跟著飛機(jī)上仰 ( 因電位計(jì)串聯(lián)在飛機(jī)上 ), 而電刷 B則被垂直陀螺儀穩(wěn)定不動(dòng)。 因此電刷 A 和 B的電位不等， 產(chǎn)生偏差信號(hào) , 其大小與俯仰角的偏差 成比例。 c 舵面動(dòng)作 , 飛機(jī)逐漸恢復(fù) 偏差信號(hào)放大器放大后 , 送至舵機(jī)， 舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng) , 一方面經(jīng)鋼索帶動(dòng)舵面向下偏轉(zhuǎn)；

11、另一方 面又帶著返饋電位計(jì)的電刷 C 轉(zhuǎn)動(dòng) , 直至返饋信號(hào)完全低消偏差信號(hào)為止 . 這時(shí)舵機(jī)停止轉(zhuǎn) 動(dòng) , 從而產(chǎn)生一低頭為矩 Mz, 在該力矩的作用下使得飛機(jī)和俯仰電位計(jì)逐漸向平飛位置恢復(fù)。 d. 舵面逐漸回收 , 飛機(jī)又恢復(fù)到平飛位置 由于飛機(jī)和俯仰電位計(jì)逐漸向平飛位置恢復(fù) , 而電刷 B 仍被穩(wěn)定不動(dòng)則電刷 A 和 B 之間 的偏差信號(hào)逐漸減小 , 當(dāng)返饋信號(hào)大于偏差信號(hào)時(shí) , 輸入到放大器的誤差信號(hào)反相 ( 即極性相 反) ，從而使得舵面逐漸回收 , 電刷 C 又逐漸回到中點(diǎn) , 最后舵面又恢復(fù)到平飛時(shí)的中立位置 , 飛機(jī)又處于平飛狀態(tài)。

12、 2. 通過自動(dòng)駕駛儀操縱飛機(jī)的爬高的過程 。 3歡迎下載 精品文檔 a. 駕駛員給出爬高指令 當(dāng)操縱飛機(jī)從平飛狀態(tài)改為爬高狀態(tài)時(shí)， 駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)上的操縱旋鈕， 使給定電刷轉(zhuǎn)動(dòng)，這時(shí)電刷 A 和 B 之間所給出信號(hào)即給定俯仰信號(hào) . b. 舵面動(dòng)作產(chǎn)生抬頭的操縱力矩 在給定信號(hào)的作用下 , 舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng) , 一方面經(jīng)鋼索帶動(dòng)舵面向上偏轉(zhuǎn)； 另一方面又帶動(dòng)返饋電位計(jì)的電刷 C 轉(zhuǎn)動(dòng) , 直至返饋信號(hào)完全抵消給定信為止 . 舵面上偏產(chǎn)生上仰操縱力矩 . C. 飛機(jī)逐漸向給定姿態(tài)過渡 在上仰操縱力矩

13、的作用下 , 飛機(jī)逐漸上仰 , 俯仰電位計(jì)及給定電刷 A 也隨飛機(jī)一起上仰 , 而電刷 B仍被穩(wěn)定不動(dòng) . 這樣電刷 A和 B之間的偏差信號(hào)愈來愈小 , 于是返饋信號(hào)大于偏差信 號(hào) , 輸入到放大器的信號(hào)反相 , 使舵面逐漸回收 , 電刷 C 逐漸向是點(diǎn)移動(dòng) . d. 飛機(jī)操縱到爬高狀態(tài) 隨著飛機(jī)上仰到給定的俯仰角時(shí) , 電刷 A 和 B 之間的偏差信號(hào)為零 . 返饋電位計(jì)的電刷 C 也回到中點(diǎn) , 舵面又處于中立位置 , 則飛機(jī)以給定的俯仰角爬高 . 從上面自動(dòng)駕駛儀穩(wěn)定與控制飛機(jī)姿態(tài)角的過程看出 : 該過程就是自動(dòng)駕駛儀和飛機(jī)兩 者相互作用的過程 . 一方面

14、由自動(dòng)駕駛儀根據(jù)姿態(tài)角偏差的大小和方向去驅(qū)動(dòng)舵面 , 產(chǎn)生操 縱力矩 , 對(duì)飛機(jī)產(chǎn)生控制作用 ; 另一方面 , 飛機(jī)實(shí)際姿態(tài)角的變化 , 又反作用于自動(dòng)駕駛儀 , 使 其實(shí)際的姿態(tài)角與給定的姿態(tài)角之間的偏差信號(hào)減小 , 從而減弱對(duì)飛機(jī)的控制作用 . 這就是 飛機(jī)對(duì)自動(dòng)駕駛儀的反作用 , 或稱負(fù)返饋?zhàn)饔?. 這樣自動(dòng)駕駛儀與飛機(jī)組成一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng) , 通 常稱飛機(jī) -- 自動(dòng)駕駛儀系統(tǒng) . 。 4歡迎下載 精品文檔 歡迎您的下載， 資料僅供參考！ 致力為企業(yè)和個(gè)人提供合同協(xié)議， 策劃案計(jì)劃書， 學(xué)習(xí)資料等等 打造全網(wǎng)一站式需求 。 5歡迎下載