自動(dòng)駕駛儀系統(tǒng)Word版

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1、 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(shuō)，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(guò)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(guò)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。輔助功能如下： （1） 一旦自動(dòng)駕駛儀的舵機(jī)處于卡死

2、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。 推薦精選 （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，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

3、律來(lái)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?zhàn)詣?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(lái)分，這時(shí)可以分為氣動(dòng)式（早期應(yīng)用過(guò)），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(guò)數(shù)字化再轉(zhuǎn)換成為模擬信號(hào)來(lái)區(qū)分，可以分為模擬式與數(shù)字式兩種。 2.2.1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。 dDe=

4、Lq（qD - qDg）（產(chǎn)生控制力矩） 推薦精選 其工作原理是：設(shè)飛機(jī)處于等速水平直線飛行狀態(tài)。受某干擾后，出現(xiàn)俯仰角偏差Δθ=θ-θ0 （θ0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Δθ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)dDe ，產(chǎn)生的氣動(dòng)力矩使Δθ角逐漸減小。適當(dāng)選擇參數(shù)Lq ，可保證時(shí)Δθ→0， dDe也→0 。 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)dDe抵消Mf的影響，所以會(huì)產(chǎn)生一個(gè)姿態(tài)角靜差。由控制規(guī)律可以得到姿態(tài)角靜差的大小為： qD-qDg=Mf/（Q0Sb∣CmdDe∣Lq）

5、上式表明：有干擾力矩Mf，俯仰角增量Δθ與要求的控制增量Δθg不再一致，出現(xiàn)的誤差(Δθ-Δθg)與干擾力矩Mf成正比，與傳遞系數(shù)Lθ成反比。增大Lθ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） dDe=Lq（qD-qDg）+Lq qD 由上式可見(jiàn)： （1）僅增大Lq：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。 推薦精選 （2）僅增大Lq：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)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(méi)有高度誤差； （2）受到

6、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。 2.2.2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。 dDe=Lq ∫(qD-qDg）dt+Lq （qD-qDg）+ Lq qD 第一項(xiàng)的作用：產(chǎn)生控制力矩消除穩(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

7、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。 2.2.3均衡式反饋?zhàn)詣?dòng)駕駛儀 推薦精選 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(guò)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(lái)不及產(chǎn)生明顯的反饋?zhàn)饔?，可認(rèn)為是斷開(kāi)的（故又名延遲正反饋）。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(lái)越大，最終等于硬反饋通路的負(fù)反饋量。

8、 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

9、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(jiàn)，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)。 推薦精選 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(guò)它，

10、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，用大腦作出決定，通過(guò)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(guò)程示于圖 推薦精選 1-1

11、 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，其結(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。 推薦精選

12、 由此可見(jiàn)，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(méi)有位置傳感器，則舵面偏轉(zhuǎn)角速度與控制信號(hào)一

13、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(shuō)穩(wěn)定飛機(jī)的角運(yùn)動(dòng)。敏感元件用來(lái)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)置成隨飛行條件變化的增益程序。 推薦精選 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

14、機(jī)問(wèn)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(wèn)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)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（姿態(tài)角控制回路）的內(nèi)回路。但是，從工作

15、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(guò)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。 推薦精選 2.6自動(dòng)駕駛儀的接通和脫開(kāi) 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(kāi)自動(dòng)駕駛儀的最常用方法是通過(guò)按壓駕駛盤上的自動(dòng)駕駛儀脫開(kāi)電門來(lái)脫開(kāi)，并解除其脫開(kāi)警告信號(hào)。在脫開(kāi)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(kāi)自動(dòng)駕駛儀，如：斷開(kāi)自動(dòng)駕駛儀接通電門進(jìn)行脫開(kāi)；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(kāi)等。 （注：可編輯下載，若有不當(dāng)之處，請(qǐng)指正，謝謝!） 推薦精選