飞行控制系统设计

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一、对最简单的角位移系统的评价

1、某低速飞机本身具有较好的短周期阻尼，采用这种简单的控制规律是可行的。它的传递函数为：

open p3_6

系统根轨迹为：

nem1=-12.5;

den1=[1 12.5];

sys1=tf(nem1,den1);

nem2=[-1 -3.1];

den2=[1 2.8 3.24 0];

sys2=tf(nem2,den2);

sys=series(sys1,sys2);

rlocus(sys)

随着k的增大，该系统的一对闭环复极点的震荡阻尼逐渐减小。但由于飞机本身的阻尼较大，所以当k增大致1.34时，系统的震荡阻尼比仍有0.6。k增大到6.2时系统才开始不稳定。

2、现代高速飞机的短周期运动自然阻尼不足，若仍采用上述单回路控制系统则不能胜任自动控制飞机的要求。

open p3_10

系统根轨迹为：

nem1=-10;

den1=[1 10];

sys1=tf(nem1,den1);

nem2=[-4.3 -4.3*0.33];

den2=[1 0.61 3.3 0];

sys2=tf(nem2,den2);

sys=series(sys1,sys2);

rlocus(sys)

随着k增大，系统阻尼迅速下降。当k=1.06时，处于临界稳定。所以无法选择合适的k值以满足系统动静态性能。为了使系统在选取较大的k值基础上仍有良好的动态阻尼，引入俯仰角速度反馈。

二、具有俯仰角速率反馈的角位移自动驾驶仪参数设计open p3_16

1、系统内回路根轨迹为：

nem1=-10;

den1=[1 10];

sys1=tf(nem1,den1);

nem2=[-4.3 -4.3*0.33];

den2=[1 0.61 3.3];

sys2=tf(nem2,den2);

sys=series(sys1,sys2);

rlocus(sys)

按物理概念似乎速率陀螺的作用越强，阻尼效果越显著。但根轨迹分析告诉我们，只有在一定范围内这种概念才是正确的，否则会得到相反的效果。这种现象是由舵回路的惯性造成的。舵回路具有不同时间常数时的内回路根轨迹图：

Tδ=0

sys1=-1;

nem2=[-4.3 -4.3*0.33];

den2=[1 0.61 3.3];

sys2=tf(nem2,den2);

sys=series(sys1,sys2);

rlocus(sys)

Tδ=0.1

nem1=-10;

den1=[1 10];

sys1=tf(nem1,den1);

nem2=[-4.3 -4.3*0.33];

den2=[1 0.61 3.3];

sys2=tf(nem2,den2);

sys=series(sys1,sys2);

rlocus(sys)

Tδ=0.25

nem1=-4;

den1=[1 4];

sys1=tf(nem1,den1);

nem2=[-4.3 -4.3*0.33];

den2=[1 0.61 3.3];

sys2=tf(nem2,den2);

sys=series(sys1,sys2);

rlocus(sys)

结论：1)、为了确保角稳定回路的性能，不能单纯地增加速率陀螺信号强度，必须同时设法减小舵回路的惯性，使舵回路具有足够宽的通频带。

2)、一般舵回路时间常数限制在0.03~0.1秒内，接近飞机自然频率的5倍。这就是舵回路频带一般比飞行器的频带宽3至5倍的理由。

2、角稳定回路的设计

系统角稳定回路根轨迹为：

nem1=-10;

den1=[1 10];

sys1=tf(nem1,den1);

nem2=[-4.3 -4.3*0.33];

den2=[1 0.61 3.3];

sys2=tf(nem2,den2);

sys=series(sys1,sys2);

sys=feedback(sys,0);

sys3=tf([1],[1 0]);

figure

rlocus(sys)

hold on

nem1=-10;

den1=[1 10];

sys1=tf(nem1,den1); nem2=[-4.3 -4.3*0.33]; den2=[1 0.61 3.3];

sys2=tf(nem2,den2); sys=series(sys1,sys2); sys=feedback(sys,0.4); sys3=tf([1],[1 0]); sys=series(sys,sys3); rlocus(sys)

hold on

nem1=-10;

den1=[1 10];

sys1=tf(nem1,den1); nem2=[-4.3 -4.3*0.33]; den2=[1 0.61 3.3];

sys2=tf(nem2,den2); sys=series(sys1,sys2); sys=feedback(sys,0.7); sys3=tf([1],[1 0]); sys=series(sys,sys3); rlocus(sys)

hold on

nem1=-10;

den1=[1 10];

sys1=tf(nem1,den1); nem2=[-4.3 -4.3*0.33]; den2=[1 0.61 3.3];

sys2=tf(nem2,den2); sys=series(sys1,sys2);