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1、會(huì)計(jì)學(xué)1自動(dòng)駕駛儀及控制規(guī)律自動(dòng)駕駛儀及控制規(guī)律一、基本組成一、基本組成 六大組成：六大組成：給定元件給定元件、測量元件測量元件、綜合裝置綜合裝置、放大元件放大元件、執(zhí)行元件執(zhí)行元件、反饋元反饋元件。件。一套完整的直升機(jī)自動(dòng)駕駛儀一般由俯仰通道，傾斜通道，航向通道和總距通道四個(gè)通道組成。每個(gè)通道的舵回路是自動(dòng)駕駛儀的核心。自動(dòng)駕駛儀的控制規(guī)律以舵回路的控制規(guī)律為基礎(chǔ)。 第1頁/共48頁例 駕駛員操縱作等速水平飛行 第2頁/共48頁一、比例式控制規(guī)律一、比例式控制規(guī)律 舵機(jī)輸出量（自動(dòng)傾斜器的偏轉(zhuǎn)角）在自動(dòng)駕駛儀控制下與各輸入信號(hào)之和（綜合信號(hào)）成正比，此類控制規(guī)律稱比例式控制規(guī)律。 具有比例式
2、控制規(guī)律的自動(dòng)駕駛儀成為比例式駕駛儀。 第3頁/共48頁為舵回路反饋元件-位置反饋 操縱桿系假定為1時(shí)，通道傳遞函數(shù)為：)(SKf K1 ) 1(2STSK 自動(dòng)傾斜器操縱桿 )(SKf UZU0 d e 反饋元件 e1K2KTUZU0放大器增益 舵機(jī)增益 舵機(jī)時(shí)間常數(shù) 縱向周期變距增量 舵回路綜合輸入信號(hào) 直升機(jī)g1KgUUUUfU2K13TSSKSB1fK1K放大器忽略慣性，舵機(jī)簡化為慣性積分環(huán)節(jié) ) 1(2STSK第4頁/共48頁111) 1(/1) 1(/)(21221212212121)(0SKKKSKKKTKKKKSSTKKSTSKKKSTSKKUsUfffffSeUZeUZfeU
3、K01?121fKKKTKKKf21自動(dòng)傾斜器偏轉(zhuǎn)角與綜合信號(hào)成正比關(guān)系，比例系數(shù)是位置反饋系數(shù)的倒數(shù)。 第5頁/共48頁 K1 ) 1(2STSK 自動(dòng)傾斜器操縱桿 )(SKf UZU0 d e 反饋元件 L1 L1 L2 G （S） gU g U U 測量元件 20)(0LLUgnZLLKLKLgfgfe)()(21)(gL輔助信號(hào)： L第6頁/共48頁 給定裝置 測量元件 測量元件 放大器 舵機(jī) 操縱桿系 位置反饋 直升機(jī) gu 2u nu 測量元件 1u ).(121gnfuuuuK第7頁/共48頁BA34LLeLLaKKrHKHc第8頁/共48頁舵機(jī)輸出量（自動(dòng)傾斜器的偏轉(zhuǎn)角速度）在
4、自動(dòng)傾斜器作用下與各輸入信號(hào)對時(shí)間的積分之和（綜合信號(hào)）成正比，此類控制規(guī)律稱為積分式控制規(guī)律。具有積分式控制規(guī)律的自動(dòng)駕駛儀稱為積分式駕駛儀。 反饋信號(hào)不是與自動(dòng)傾斜器的偏轉(zhuǎn)成正比，而是與其偏轉(zhuǎn)角速度成正比。測速電機(jī)輸出與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速即自動(dòng)傾斜器的偏轉(zhuǎn)速度成正比。 反饋信號(hào)與俯仰角偏差信號(hào)的差值，取決于自動(dòng)傾斜器的偏轉(zhuǎn)角速度。 第9頁/共48頁 L1 K1 ) 1(2STSK 操縱桿系 SKf G(S) L1 Uzon e 積分式控制律舵回路反饋元件為測速反饋 第10頁/共48頁11)1 (1111)()(21212121212121ffffeZONeKKKSTKKKKKKKKSTKKSTKKK
5、STKKSUSU只要滿足條件：?121fKKKTKKKf21ZONfeUK1ZONfeUSK1fKKK211第11頁/共48頁)(1gZONLU)(geLdtLge)(fKLL/1自動(dòng)傾斜器縱向偏轉(zhuǎn)角與俯仰角偏差的積分成正比。 僅有角位置信號(hào)的積分式駕駛儀難以穩(wěn)定工作。為了改善其穩(wěn)定性 ，在引入角位置主控信號(hào)外，一般還引入一些輔助信號(hào)，如角速度、角加速度信號(hào)。 第12頁/共48頁 L1 L1 L3/L2 K1 12STK 1/S 操 縱 桿 系 fK G(S) g ggU U U U ZONU ed e 給 定 裝 置 垂 直 陀 螺 速 度 裝 置 微 分 器 直 升 機(jī) 放 大 器 測 速
6、 電 機(jī) 舵 機(jī) L2 321)()(LLLUUUUUgZONgLLLge)(LLdtLge)(fffKLLKLLKLL/321傳動(dòng)比 第13頁/共48頁 給定裝置 測量元件 放大器 舵機(jī) 操縱桿系 速度反饋 直升機(jī) nU gU 1U ZONU ed e 測量元件 ).(121gnfuuuuK第14頁/共48頁 K1 ) 1(2STSK 1STKef fK zonU d 1111)(21221SKKKSKKKTSTSTKUdSffeefzonSTKKSTSTKseffeef1111)(只要滿足條件：?121fKKKTKKKf21時(shí)間常數(shù)較大，幾秒十幾秒。操縱量由控制信號(hào)的比例加積分量決定。時(shí)間
7、常數(shù)較大，幾秒十幾秒。操縱量由控制信號(hào)的比例加積分量決定。 第15頁/共48頁一、比例式自動(dòng)駕駛儀控制俯仰角一、比例式自動(dòng)駕駛儀控制俯仰角 基本工作過程 pcgeLL)(第16頁/共48頁Le產(chǎn)生抑制抬頭力矩UfU第17頁/共48頁fUU反向恢復(fù) fUUfUU電電位位計(jì)計(jì)動(dòng)動(dòng)態(tài)態(tài)過過程程忽忽略略不不計(jì)計(jì) 第18頁/共48頁)(geL對于瞬時(shí)干擾，駕駛儀穩(wěn)定俯仰角不存在原理靜差，但對常值干擾則存在靜差，修正力矩與常值干擾力矩平衡時(shí)： yeymmeyjcymLmeeyyjcmLm靜差靜差 jc與與L 成反比，成反比，要要求靜差小時(shí)，求靜差小時(shí)，L 須選的大須選的大。 俯仰角控制靜態(tài)情況俯仰角控制靜
8、態(tài)情況第19頁/共48頁0XTYTYLyxpwpw俯仰平衡條件第20頁/共48頁從穩(wěn)定性看，L不能太大。 為了保證原始精度，使系統(tǒng)選取較大的L值時(shí)，仍具有良好的動(dòng)態(tài)品質(zhì)，引入俯仰角速度反饋。 從靜差看，L須選的大。 第21頁/共48頁LLge)(L俯仰角速度信號(hào)傳動(dòng)比自動(dòng)傾斜器的動(dòng)作比只有角信號(hào)時(shí)提前了。 不僅不會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重振蕩，還縮短了恢復(fù)初態(tài)的時(shí)間。同時(shí)，為增大主控信號(hào)L ，盡量減小俯仰角穩(wěn)態(tài)誤差創(chuàng)造了條件，但不可能徹底消除誤差，成為有差控制系統(tǒng)。 以上結(jié)論也適用于滾轉(zhuǎn)通道，偏航通道。 第22頁/共48頁基本工作過程 LLdtLge)(第23頁/共48頁僅有角速度信號(hào) ： L自動(dòng)傾斜器偏轉(zhuǎn)角
9、速度與俯仰角速度成正比。 如當(dāng)直升機(jī)受擾動(dòng)后如當(dāng)直升機(jī)受擾動(dòng)后上仰，角速度陀螺輸上仰，角速度陀螺輸出俯仰角速度，自動(dòng)出俯仰角速度，自動(dòng)傾斜器以相應(yīng)的角速傾斜器以相應(yīng)的角速度向前偏轉(zhuǎn)產(chǎn)生恢復(fù)度向前偏轉(zhuǎn)產(chǎn)生恢復(fù)力矩，使直升機(jī)向原力矩，使直升機(jī)向原狀態(tài)恢復(fù)。當(dāng)俯仰角狀態(tài)恢復(fù)。當(dāng)俯仰角速度信號(hào)改變符號(hào)，速度信號(hào)改變符號(hào)，自動(dòng)傾斜器也隨之改自動(dòng)傾斜器也隨之改變轉(zhuǎn)動(dòng)方向。變轉(zhuǎn)動(dòng)方向。 在比例式中起阻尼作用，在積分式作為主控信號(hào)與比例式中的角位置信號(hào)同等作用 L第24頁/共48頁相當(dāng)于比例式控制規(guī)律中的角速度信號(hào)，起阻尼作用，使自動(dòng)傾斜器的角速度動(dòng)作相應(yīng)提前。 引入角位置信號(hào) )(gLL消除常值力矩作用下的
10、靜差。當(dāng)常值干擾力矩作用達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，需要自動(dòng)傾斜器保持一定的偏轉(zhuǎn)角來平衡，這一偏轉(zhuǎn)角不是直接由角位置偏差來提供，而是通過積分來獲得。 穩(wěn)定過程中控制信號(hào)U由角位置信號(hào)、角速度信號(hào)和角加速度信號(hào)三者合成。 LLLUg)(達(dá)到穩(wěn)定時(shí) CdtLge)(第25頁/共48頁第26頁/共48頁一、滾轉(zhuǎn)角自動(dòng)控制原理 繞直升機(jī)縱軸的常值干擾力矩一般不大，故滾轉(zhuǎn)通道往往采用繞直升機(jī)縱軸的常值干擾力矩一般不大，故滾轉(zhuǎn)通道往往采用與俯仰通道相似的控制規(guī)律，各信號(hào)作用類似。與俯仰通道相似的控制規(guī)律，各信號(hào)作用類似。 比例式控制律：積分式控制律：LLga)(LLdtLga)( K2 )1(3STSK 自 動(dòng) 傾 斜
11、器操 縱 桿 )(SKf UZU0 d a 反 饋 元 件 L L L G(S) gU g U U 測 量 元 件 積分式自動(dòng)駕駛儀結(jié)構(gòu)圖比例式自動(dòng)駕駛儀結(jié)構(gòu)圖第27頁/共48頁 傾斜 同步 發(fā)送 器 補(bǔ)償傳感器 傾斜同步接受器 位置反饋 放 大 器 舵機(jī) 限幅器 自動(dòng)傾斜器 直升機(jī) 角速度陀螺儀 駕駛員 駕駛桿 g a 第28頁/共48頁自動(dòng)穩(wěn)定與控制航向原理與俯仰、滾轉(zhuǎn)類似，由航向通道控制尾槳實(shí)現(xiàn)?？梢杂帽壤交蚍e分式自動(dòng)駕駛儀控制規(guī)律。 KKgr)(KKdtKgr)(比例式： 積分式： KKK,為偏航角、偏航角速度和偏航角加速度到尾槳的傳動(dòng)比。 第29頁/共48頁 給定元件 放大器 舵機(jī)
12、 直 升 機(jī) 反饋 速度陀螺 航向陀螺 g gU U U U r 通過測量偏航角，使舵機(jī)控制尾槳槳距來消除航向偏差。由于沒有信號(hào)交聯(lián)到駕駛桿操縱系統(tǒng)，不可能消除側(cè)滑。要消除航向控制過程中的側(cè)滑，通常駕駛員適當(dāng)操縱駕駛桿來協(xié)助。 第30頁/共48頁 航 向 系 統(tǒng) 位置反饋 放 大 器 舵機(jī) 限幅器 自動(dòng)傾斜器 直升機(jī) 角速度陀螺儀 g r 第31頁/共48頁直升機(jī)前飛中，由于其質(zhì)量大，速度快，使得改變速度向量的方向比改變縱軸的方向困難的多，二者在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中往往縱軸轉(zhuǎn)動(dòng)快，速度向量轉(zhuǎn)動(dòng)慢，從而產(chǎn)生側(cè)滑。 第32頁/共48頁穩(wěn)定控制航向時(shí)須防止側(cè)滑發(fā)生。 第33頁/共48頁 蹬左舵（偏航力矩先改變
13、）-直升機(jī)做帶右側(cè)滑的左轉(zhuǎn)彎。 蹬左舵尾槳槳距改變航向操縱力矩Tjlj（增量）機(jī)頭左偏轉(zhuǎn)，縱軸偏離航跡，出現(xiàn)右側(cè)滑。（速度矢量在縱軸右邊）機(jī)頭向左偏轉(zhuǎn)過程中，會(huì)出現(xiàn)阻轉(zhuǎn)力矩。氣流自右向左吹過尾槳，產(chǎn)生航向靜安定力矩。二者使機(jī)頭向左偏轉(zhuǎn)的角速度減小并力圖制止側(cè)滑角的增大。當(dāng)空速轉(zhuǎn)動(dòng)角速度增大到與機(jī)頭偏轉(zhuǎn)角速度y相等時(shí)，側(cè)滑角不再增大。這種側(cè)滑常成為外側(cè)滑。 第34頁/共48頁第35頁/共48頁一面左壓桿，一面蹬左舵 （壓左桿）側(cè)向力使空速向量向左偏轉(zhuǎn)。（蹬左舵）產(chǎn)生航向操縱力矩，使機(jī)頭隨之一起向左偏轉(zhuǎn)，消除可能產(chǎn)生的內(nèi)側(cè)滑。只壓桿會(huì)產(chǎn)生內(nèi)側(cè)滑，只蹬舵產(chǎn)生外側(cè)滑。 第36頁/共48頁定義（規(guī)定）：
14、在穩(wěn)定轉(zhuǎn)彎過程中，保持滾轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)彎角速度、空速和高度不變的轉(zhuǎn)彎稱為協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)彎。 第37頁/共48頁0HGmgTcos0mVTsin高度不變 無側(cè)滑角 第38頁/共48頁sinmVTtgVgmVmgsincostgVg第39頁/共48頁) 1cos, 0( ,coscoscosysinsincosZsin3 .57sincosVgVgtgVgysin3 .57sintgVgtgVgz（弧度/秒） （弧度/秒） （度/秒） （度/秒） 第40頁/共48頁tgVgsinVgysintgVgz第41頁/共48頁第42頁/共48頁第43頁/共48頁 航向舵回路 尾槳變距 傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 直 升 機(jī) 側(cè)向加速度
15、航向角速度陀螺 微分電路 周期變距 傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 滾轉(zhuǎn)舵回路 傾斜角速度陀螺 微分電路 垂直陀螺 g r a g LLLga)(KKKgr)(第44頁/共48頁LLga)(KKKr 航向舵回路 尾槳變距 傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 直 升 機(jī) 側(cè)向加速度 航向角速度陀螺 周期變距 傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 滾轉(zhuǎn)舵回路 傾斜角速度陀螺 L 垂直陀螺 r a g K 第45頁/共48頁 總距 舵回路 放大器 c U 垂直陀螺 U 直升機(jī)機(jī)體滾轉(zhuǎn)后，旋翼拉力不在鉛垂平面，有效升力（拉力的垂直分力）小于重力，使直升機(jī)掉高。 其原理是：滾轉(zhuǎn)后由垂直陀螺測量滾轉(zhuǎn)角，輸出與滾轉(zhuǎn)角絕對值成正比的電信號(hào)，經(jīng)信號(hào)處理、放大后送給總距舵回路，通過總距舵機(jī)增大總距，進(jìn)而使拉力增大，其垂直分量（有效升力）增加，保持飛行高度。具有這種高度補(bǔ)償?shù)目偩嗫刂埔?guī)律總距控制規(guī)律為： KHKHKHHc第46頁/共48頁 總距 舵回路 放大器 c U 垂直陀螺 U coscos1 轉(zhuǎn)彎時(shí)，垂直陀螺測量滾轉(zhuǎn)角信號(hào)，同樣增大總距操縱量，補(bǔ)償高度損失。相應(yīng)的控制規(guī)律為： coscos1KHKHKHHc第47頁/共48頁
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