自動(dòng)駕駛儀系統(tǒng)

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1、精品文檔 自動(dòng)駕駛儀系統(tǒng) 2.1 自動(dòng)駕駛儀的功能 自動(dòng)駕駛儀的基本功能可列舉如下： （ 1） 自 動(dòng)保持三軸穩(wěn)定，具體地說，及自動(dòng)保持偏航角，俯仰角于 某一希望角度，傾斜角保持為零進(jìn)行直線飛行（平直飛行，爬 高，下滑） 。 （ 2） 駕 駛員可以通過旋鈕或其他控制器給定任意航向或俯仰角，使 飛機(jī)自動(dòng)改變航向并穩(wěn)定于該航向，或使飛機(jī)上仰或下俯并保 持給定俯仰角。 （ 3） 自 動(dòng)保持飛機(jī)進(jìn)行定高飛行。 （ 4） 駕 駛員通過控制器操縱飛機(jī)自動(dòng)爬高或俯沖，達(dá)到某一預(yù)定高 度，然后保持這一預(yù)定高度。 上述所有基本功能都是指自動(dòng)駕駛儀與飛機(jī)處于正常狀態(tài)的控制功 能。輔

2、助功能如下： （ 1） 一 旦自動(dòng)駕駛儀的舵機(jī)處于卡死或無(wú)法操作的狀態(tài)時(shí)， 應(yīng)允許 駕駛員具有超控的能力。 （ 2） 自 動(dòng)回零功能。 在投入自動(dòng)駕駛儀之前， 飛機(jī)本身處于平直飛 行的配平狀態(tài)， 必須讓自動(dòng)駕駛儀的反饋信息與測(cè)量元件的總 和信號(hào)回零，才能避免投入后形成誤動(dòng)作。 （ 3） BIT 功能。一種機(jī)內(nèi)自檢測(cè)功能，在自動(dòng)駕駛儀的部件及系統(tǒng) 中，可設(shè)置BIT檢測(cè)信號(hào)，借以檢查某部件或全系統(tǒng)工作是否 正常。這種檢查可在自動(dòng)駕駛儀投入前進(jìn)行。 （ 4） Ma 數(shù)配平功能。飛機(jī)在跨聲速區(qū)，升降舵操縱特性有一個(gè)正 梯度區(qū)，從而操縱特性不穩(wěn)定，設(shè)立 Ma數(shù)配平系統(tǒng)控制水平 安定面，

3、以改善其操縱特性。 2.2 自動(dòng)駕駛儀的分類 自動(dòng)駕駛儀最常用的分類方法是按控制律來區(qū)分。 所謂控制律通 常是指自動(dòng)駕駛儀輸出的舵偏角與信號(hào)的靜動(dòng)態(tài)函數(shù)關(guān)系。 按這種分 類方法， 可分為比例式自動(dòng)駕駛儀、 積分式自動(dòng)駕駛儀和均衡式反饋 自動(dòng)駕駛儀（比例加積分控制律的自動(dòng)駕駛儀）三種。 其次也可以按自動(dòng)駕駛儀三種主要部件 （傳感器， 計(jì)算與放大元 件以及舵機(jī)）的能源來分，這時(shí)可以分為氣動(dòng)式（早期應(yīng)用過） ，氣 動(dòng)液壓式，電動(dòng)式以及電動(dòng)液壓式。 如果按處理信號(hào)， 實(shí)現(xiàn)控制律是采用連續(xù)信號(hào)， 還是中間經(jīng)過數(shù) 字化再轉(zhuǎn)換成為模擬信號(hào)來區(qū)分，可以分為模擬式與數(shù)字式兩種。 2.2.1

4、比例式自動(dòng)駕駛儀 以俯仰通道為例， 升降舵偏角增量與飛機(jī)俯仰角偏差成比例的自 動(dòng)控制器稱為比例式自動(dòng)駕駛儀。 e=L （ - g） （產(chǎn)生控制力矩） 1歡迎下載 。 精品文檔 出現(xiàn)俯仰角偏差4 9 =0-00 (00為初始俯仰角，假設(shè)為零)。垂 直陀螺儀測(cè)出偏差角，輸出與△ 0成比例的電壓信號(hào)，假設(shè)外加控制 信號(hào)為0,則經(jīng)綜合裝置加到舵回路，舵回路的輸出驅(qū)動(dòng)升降舵偏轉(zhuǎn) e ,產(chǎn)生的氣動(dòng)力矩使△ 0角逐漸減小。適當(dāng)選擇參數(shù) L ,可保 證時(shí)△ 0 - 0, e也70 。 如果存在常值力矩干擾Mf,飛機(jī)穩(wěn)定后必然存在一個(gè) e抵消 Mf的影響，所以會(huì)產(chǎn)生一個(gè)姿態(tài)角靜差。

5、由控制規(guī)律可以得到姿態(tài) 角靜差的大小為： - g=Mf/ (Q0Sbl Cm e I L ) 上式表明：有干擾力矩 Mf,俯仰角增量△ 0與要求的控制增量 △ 9 g不再一致，出現(xiàn)的誤差(△ 0 - △ 0 g)與干擾力矩Mf成正比， 與傳遞系數(shù)L0成反比。增大L0可減小這一誤差。 一階微分信號(hào)在比例式控制規(guī)律中的作用：(產(chǎn)生阻尼力矩) e=L (- g) +L 由上式可見： (1)僅增大L :快速性好，系統(tǒng)震蕩增強(qiáng)，減小系統(tǒng)的阻尼， 系統(tǒng)穩(wěn)定性變差，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差減小。 （ 2）僅增大 L ：增大系統(tǒng)的阻尼，減弱系統(tǒng)震蕩，系統(tǒng)快速性 變差，系統(tǒng)的穩(wěn)定性變好。 比例式自動(dòng)

6、駕駛儀： （ 1）當(dāng)自動(dòng)駕駛儀保持高度時(shí)，受到垂風(fēng)干擾時(shí)，僅有姿態(tài)誤 差，沒有高度誤差； （ 2）受到常值力矩干擾時(shí)會(huì)有高度誤差； （ 3）在速度（斜波）輸入時(shí)有穩(wěn)態(tài)誤差。 1.1.2 積分式自動(dòng)駕駛儀 去掉硬反饋，保留速度反饋 ，使舵的偏轉(zhuǎn)角速度與俯仰角的偏 差成正比， 則系統(tǒng)工作在穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)， 舵偏角與俯仰角偏離值的積分 成比例。 這種自動(dòng)駕駛儀稱為積分式自動(dòng)駕駛儀。是舵回路速度反 饋造成這種積分關(guān)系，故也稱速度反饋（軟反饋）式自動(dòng)駕駛儀。積 分式 A/P 的優(yōu)點(diǎn)是：可消除靜差。 e=L /（ - g） dt+L （ - g） + L 第一項(xiàng)的作用：產(chǎn)生控制力矩消除

7、穩(wěn)態(tài)誤差； 第二項(xiàng)的作用：產(chǎn)生控制力矩糾正姿態(tài)偏差； 第三項(xiàng)的作用：增大系統(tǒng)的阻尼。 另一種積分式A/P:比例式A/P+角偏差積分信號(hào)。 具有積分式控制規(guī)律的 A/P 工作在高度保持方式時(shí)： （ 1）在受到垂風(fēng)干擾時(shí)只有姿態(tài)誤差，無(wú)高度誤差； （ 2）在受到常值力矩干擾時(shí)，無(wú)高度誤差。 1.1.3 均衡式反饋?zhàn)詣?dòng)駕駛儀 均衡式反饋是在引入舵機(jī)硬反饋的基礎(chǔ)上再加一個(gè)非周期環(huán)節(jié) 的正反饋。其中時(shí)間常數(shù)Te很大，為幾秒到幾十秒。 在穩(wěn)定與控制飛機(jī)角運(yùn)動(dòng)時(shí)，舵回路的動(dòng)態(tài)過程時(shí)間僅零點(diǎn)幾 秒，舵回路中Te值大的非周期環(huán)節(jié)通路來不及產(chǎn)生明顯的反饋?zhàn)饔茫?可認(rèn)為是斷開的（故

8、又名延遲正反饋）。整個(gè)系統(tǒng)仍工作在硬反饋式 狀態(tài)。逐漸進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后，該通路的正反饋量越來越大，最終等于硬反 饋通路的負(fù)反饋量。 2.3 自動(dòng)駕駛儀的基本組成 為了保證自動(dòng)駕駛儀的正常工作， 基本組成部件有如下三種：傳 感器，放大部件與舵機(jī)。為了實(shí)現(xiàn)所要求的控制律，放大部件實(shí)現(xiàn)信 號(hào)校正和綜合。在模擬式自動(dòng)駕駛儀中，不可能進(jìn)行十分復(fù)雜的計(jì)算。 發(fā)展成為數(shù)字式自動(dòng)駕駛儀后，具有很強(qiáng)計(jì)算功能的計(jì)算機(jī)，允許實(shí) 現(xiàn)更為完善的控制律，從而增加了一個(gè)計(jì)算機(jī)部件。在這同時(shí)，伺服 放大部件與舵機(jī)組合成為伺服作動(dòng)系統(tǒng)。由于計(jì)算機(jī)功能很強(qiáng)，除完 成控制律的計(jì)算及按飛行狀態(tài)調(diào)參外， 同時(shí)還可兼顧機(jī)內(nèi)檢測(cè)，甚至 故

9、障檢測(cè)與報(bào)警等任務(wù)。 因此， 計(jì)算機(jī)成為當(dāng)代數(shù)字式自動(dòng)駕駛儀中 十分重要的一個(gè)分系統(tǒng)。 此外， 執(zhí)行測(cè)量任務(wù)的傳感器部件諸如高度 差傳感器， 送出姿態(tài)信號(hào)的慣性陀螺平臺(tái)， 實(shí)際上也都是一些閉環(huán)系 統(tǒng)。由上可見，自動(dòng)駕駛儀的基本組成部件為傳感器，計(jì)算機(jī)，伺服 放大器與舵機(jī)， 發(fā)展成為傳感器分系統(tǒng)， 計(jì)算機(jī)分系統(tǒng)以及伺服作動(dòng) 分系統(tǒng)。 2.4 自動(dòng)駕駛儀的輔助分系統(tǒng) 自動(dòng)駕駛儀投入前的人工定中心發(fā)展成為自動(dòng)回零分系統(tǒng) （自動(dòng) 定中心分系統(tǒng)也叫同步系統(tǒng)） ；為了實(shí)現(xiàn) BIT 功能還有 BIT 分系統(tǒng)， 這可能有兩種配置方案， 如果 BIT 功能基本主計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)， 則是被包 含于其

10、他分系統(tǒng)的小系統(tǒng)。 此外還有自動(dòng)配平分系統(tǒng)和安全保障分系 統(tǒng)。 除上述分系統(tǒng)外， 還應(yīng)有一個(gè)十分重要的部件就是操作臺(tái) （或稱 為狀態(tài)選擇器，控制顯示器） 。它是駕駛員與自動(dòng)駕駛儀交換信息的 主要手段。通過它，駕駛員可以發(fā)出操縱指令，如爬高，下滑，給定 航向，給定高度； 自動(dòng)駕駛儀給駕駛員提供飛行狀態(tài)信息，故障報(bào)告 等。 2.5 自動(dòng)駕駛儀的工作原理 自動(dòng)駕駛儀是一個(gè)典型的反饋控制系統(tǒng)， 它代替駕駛員控制飛機(jī) 的飛行。假設(shè)要求飛機(jī)作水平直線飛行，駕駛員是如何控制飛機(jī)的 呢？飛機(jī)受干擾（如陣風(fēng)）偏離原姿態(tài)（例如飛機(jī)抬頭） ，駕駛員用 眼睛觀察到儀表板上陀螺地平儀的變化， 用大

11、腦作出決定， 通過神經(jīng) 系統(tǒng)傳遞到手臂，推動(dòng)駕駛桿使升降舵向下偏轉(zhuǎn)，產(chǎn)生相應(yīng)的下俯力 矩，飛機(jī)趨于水平。駕駛員又從儀表上看到這一變化，逐漸把駕駛桿 收回原位，當(dāng)飛機(jī)回到原水平姿態(tài)時(shí)，駕駛桿和升降舵面也回原位。 以上過程示于圖1-1 圖1-1 從圖1-1看出，這是一個(gè)反饋系統(tǒng)，及閉環(huán)系統(tǒng)。圖中虛線表示 駕駛員，如果用自動(dòng)駕駛儀代替駕駛員控制飛機(jī)飛行， 自動(dòng)駕駛儀必 須包括與虛框內(nèi)三個(gè)部分相應(yīng)的裝置，并與飛機(jī)組成一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)， 如圖1-2所示。 自動(dòng)飛行的原理如下：飛機(jī)偏離原始狀態(tài)，敏感元件感受到偏離 方向和大小，并輸出相應(yīng)信號(hào)，經(jīng)放大，計(jì)算處理，操縱執(zhí)行機(jī)構(gòu)（如 舵機(jī)），使控

12、制面（例如升降舵面）相應(yīng)偏轉(zhuǎn)。由于整個(gè)系統(tǒng)是按負(fù) 反饋原則連接的，具結(jié)果是使飛機(jī)趨向原始狀態(tài)。當(dāng)飛機(jī)回到原始狀 態(tài)時(shí)，敏感元件輸出信號(hào)為零，舵機(jī)以及與其相連的舵面也回原位， 飛機(jī)重新按原始狀態(tài)飛行。 由此可見， 自動(dòng)駕駛儀中的敏感元件， 放大計(jì)算裝置和執(zhí)行機(jī)構(gòu) 可代替駕駛員的眼睛， 大腦神經(jīng)系統(tǒng)與肢體， 自動(dòng)地控制飛機(jī)的飛行。 這三部分時(shí)自動(dòng)飛行控制系統(tǒng)的核心，即自動(dòng)駕駛儀。 為改善多級(jí)的性能， 通常執(zhí)行機(jī)構(gòu)引入內(nèi)反饋 （將舵機(jī)的輸出反饋到 輸入端） ，形成隨動(dòng)系統(tǒng)（或稱伺服回路） ，簡(jiǎn)稱為舵回路。舵回路是 由舵機(jī)，放大器及反饋元件組成，如圖 1-3 虛線框圖內(nèi)所示。反饋元

13、件包括測(cè)速機(jī)和 / 或位置傳感器。測(cè)速機(jī)測(cè)出多面偏轉(zhuǎn)的角速度，反 饋給放大器以增大舵回路的阻尼， 改善舵回路的性能， 位置傳感器將 舵面位置信號(hào)反饋到舵回路的輸入端， 使舵面偏轉(zhuǎn)角度與控制信號(hào)成 正比。 有的舵回路沒有位置傳感器， 則舵面偏轉(zhuǎn)角速度與控制信號(hào)一 一對(duì)應(yīng)。 自動(dòng)駕駛儀與飛機(jī)組成一個(gè)回路。 這個(gè)回路的主要功能時(shí)穩(wěn)定飛 機(jī)的姿態(tài)， 或者說穩(wěn)定飛機(jī)的角運(yùn)動(dòng)。 敏感元件用來測(cè)量飛機(jī)的姿態(tài) 角，由于該回路包含了飛機(jī)，而飛機(jī)的動(dòng)態(tài)特性又隨飛行條件（如速 度，高度等）而異。放大計(jì)算機(jī)裝置對(duì)各個(gè)傳感器信號(hào)的綜合計(jì)算， 即控制規(guī)律應(yīng)滿足各個(gè)飛行狀態(tài)的要求， 并可以設(shè)置成隨飛行條件

14、變 化的增益程序。 圖1-3 如果用敏感元件測(cè)量飛機(jī)的重心位置，而飛機(jī)還包含的運(yùn)動(dòng)學(xué)環(huán) 節(jié)（表征飛機(jī)空間位置幾何關(guān)系的環(huán)節(jié)），這樣組成的控制回路，簡(jiǎn) 稱制導(dǎo)回路。這個(gè)回路的主要功能是控制飛行軌跡， 如飛行高度的穩(wěn) 定和控制。 超聲速飛機(jī)問世后，飛行包線（飛行速度和高速的變化范圍）擴(kuò) 大，飛機(jī)自身穩(wěn)定性變壞。例如，飛機(jī)自身的阻尼力矩在高空因空氣 稀薄而減小，阻尼比下降致使飛機(jī)角運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生強(qiáng)烈的擺動(dòng)， 僅考駕駛 員控制飛機(jī)較為困難。為解決這類問題，飛機(jī)上安裝了角速率陀螺， 迎角傳感器，法向加速度計(jì)等，它們和放大器，串聯(lián)舵機(jī)組成阻尼器 或增溫系統(tǒng)，進(jìn)而引入駕駛員的桿力/桿位移傳感器信號(hào)，構(gòu)

15、成控制 增穩(wěn)系統(tǒng)，可以增大阻尼，改善動(dòng)穩(wěn)定性，增穩(wěn)和控制增溫系統(tǒng)還可 增加靜穩(wěn)定性和改善操縱性。飛機(jī)上安裝了阻尼器和增穩(wěn)系統(tǒng)， 就好 似成了一架穩(wěn)定性能較好的新飛機(jī)。 從控制回路的分析和設(shè)計(jì)上看，阻尼器或增穩(wěn)系統(tǒng)是自動(dòng)駕駛儀 9歡在下載 精品文檔 （姿態(tài)角控制回路）的內(nèi)回路。但是，從工作方式上看，阻尼器或增 穩(wěn)系統(tǒng)與自動(dòng)駕駛儀不同， 阻尼器從飛機(jī)起飛就投入工作， 這是駕駛 員仍然直接操縱飛機(jī)。 自動(dòng)駕駛儀則在飛機(jī)完成空中配平 （指飛機(jī)力 矩的平衡和桿力的平衡）后，才能接入。此后駕駛員通過自動(dòng)駕駛儀 操縱臺(tái)上旋鈕或側(cè)干操縱飛機(jī)。 增穩(wěn)系統(tǒng)， 控制增穩(wěn)系統(tǒng)工作時(shí)駕駛 員仍

16、需直接參與， 不符合自動(dòng)飛行的定義， 不屬于自動(dòng)駕駛儀的功能 范圍。 2.6 自動(dòng)駕駛儀的接通和脫開 自動(dòng)駕駛儀的適用范圍是除起飛以外的所有飛行階段。 當(dāng)達(dá)到自 動(dòng)駕駛儀的接通高度并滿足其他接通條件后， 按下自動(dòng)駕駛儀的接通 電門即可接通自動(dòng)駕駛儀。 有的自動(dòng)駕駛儀能操縱飛機(jī)自動(dòng)著陸， 有 的駕駛儀不能，這要根據(jù)安裝在飛機(jī)上的自動(dòng)駕駛儀的性能而定。 自動(dòng)駕駛儀接通后， 根據(jù)自動(dòng)駕駛儀的工作方式。 飛行中根據(jù)飛 行需要，可以轉(zhuǎn)換操縱方式。 脫開自動(dòng)駕駛儀的最常用方法是通過按壓駕駛盤上的自動(dòng)駕駛 儀脫開電門來脫開，并解除其脫開警告信號(hào)。在脫開自動(dòng)駕駛儀時(shí)， 飛行員一定要控制好飛機(jī)，以防出現(xiàn)意外。另外，還有一些其他方法 也可以脫開自動(dòng)駕駛儀，如：斷開自動(dòng)駕駛儀接通電門進(jìn)行脫開；向 自動(dòng)駕駛儀的俯仰、 橫滾和航向通道施加足夠的力， 人工強(qiáng)行脫開等。 10歡迎下載。 精品文檔 歡迎您的下載, 資料僅供套考! 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 1欺速下載