第5章 自动驾驶仪系统《民航飞机自动飞行控制系统》
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自动驾驶仪的舵回路
4.2 稳定回路
➢ 如果测量部件测量的是飞机的飞行姿态信息，则姿态测量部件和舵回路就构成了自动驾 驶仪；自动驾驶仪和被控对象（飞机）又构成了稳定回路。稳定回路的主要作用是稳定 和控制飞机的姿态角。
自动驾驶仪的稳定回路
4.3 控制回 路
➢ 稳定回路加上测量飞机重心位置信号的元件以及表征飞机空间位置几何关系的运动学环 节，就组成了控制飞机质心运动的回路，称为控制回路，或称制导回路。控制回路的功 用是控制飞机的轨迹和速度。
➢ 控制升降舵的回路，称为升降舵通道或俯仰 通道；控制副翼的回路，称为副翼通道或横 滚通道；控制方向舵的回路，称为方向舵通 道或航向通道。3 个通道既独立，又相互联 系，相互响应，共同完成对飞机的控制。
三通道自动驾驶仪的组成
3.1→3.3
测量装置
➢ 各种敏感元件，用于测量飞机的运动参数，反映飞机的实际状态，包括主测装置和辅助测量 装置。
➢ 为了实现同步，在自动驾
驶仪中需对应的两个监控
器来监控自动驾驶仪的性 能。分别是自动驾驶仪舵 机位置监控器和舵面位置
监控器。
自动驾驶仪的控制（制导）回路
第5节
自动驾驶仪的控制通道
5.1 副翼控制通 道
➢ 单通道自动驾驶仪只提 供横滚控制（ 绕纵轴的 控制），即只控制飞机 的副翼。
➢ 由于它们的局限性，这 些系统通常被称为 “Wings Leveler（机翼改 平器）”。
信号处理元件
➢ 信号处理元件亦称计算装置，其功用是把各种敏感元件的输出信号和从控制装置输入的给定 信号进行比较，处理为符合控制规律要求的信号。包括综合装置、微分器、积分器、限幅器 及滤波器等，同时还可兼顾机内检测（BIT），甚至故障检测与报警等任务。
放大器
➢ 放大器对信号处理元件输出的微小信号进行功率放大，为执行机构提供足够的功率需求。
✓ 自动将飞机保持在某一高度上，进 行定高飞行。
✓ 通过控制器给自动驾驶仪设定目标高度，自 动驾驶仪自动操纵飞机爬高或下降到该目标 高度，并将飞机自动保持在目标高度上。
✓ 按甚高频全向信标台（VOR）的无线电 信号自动操纵飞机进入 VOR 航道，并 跟踪该航道；按 ILS 的信号完成飞机着 陆前的进近。
自动驾驶仪的控制（制导）回路
4.4 同步回 路
➢ 同步回路在自动驾驶仪衔接时，保证系统输出为零，即自动驾驶仪的工作状态与当时飞行姿
态同步。
➢ 同步回路必须保证 A/P 舵机位置与 A/P 指令一致，以及操纵面位置与自动驾驶仪舵机位置一 致，以确保 A/P 舵机位置、操纵面位置和自动驾驶仪计算机指令三者一致，即三者同步。同 步的目的是避免在自动驾驶仪衔接瞬间对飞机造成冲击。
✓ BIT 功能。在自动驾驶仪的部件及系 统中，可设置 BIT（Built in Test）检测 信号，以检查某部件或全系统工作是 否正常。
✓ 马赫数配平功能。飞机在跨音速区飞行 时，升降舵操纵特性有一个正梯度区， 从而使操纵特性不稳定，这时，需要启 动马赫数配平系统来控制水平安定面或 升降舵，以改善其操纵特性。
《民航飞机自动飞行控制系统》
✩ 精品课件合集
第五章自动驾驶仪系统ຫໍສະໝຸດ 目录CONTENTS
1 自动驾驶仪的功能 2 自动驾驶仪的模型
3 自动驾驶仪的组成 4 自动驾驶仪的回路 5 自动驾驶仪的控制通道
目录
CONTENTS
6 自动驾驶仪的类型和控制律 7 自动驾驶仪的伺服作动系统 8 自动驾驶仪横滚通道各方式的原理 9 自动驾驶仪俯仰通道各方式的原理 10 自动驾驶仪驾驶盘操纵方式的原理
✓ 按飞行管理计算机系统或其他导航系 统要求，实现按预定的航路飞行，保 持航迹。
1.2 自动驾驶仪的辅助功 能
✓ 超控功能。当自动驾驶仪的伺服系 统处于卡死或无法操作的状态时， 应允许飞行员超控自动驾驶仪。
✓ 自动同步功能。在投入自动驾驶 仪之前，飞机本身处于平直飞行 的配平状态，必须让自动驾驶仪 的反馈信号与测量信号的总和回 零，以避免自动驾驶仪接通后对 飞机形成冲击。
自动驾驶仪的控制（制导）回路
5.2 升降舵控制通 道
➢ 双通道的自动驾驶仪除 了控制飞机的横滚姿态 外，还控制飞机的俯仰 姿态（飞机绕横滚轴的 转动）。
➢ 这样的双通道自动驾驶 仪是单机组的飞机执行 仪表飞行的最低设备要 求。
自动驾驶仪升降舵通道的原理图
5.3 方向舵控制通 道
方案一
➢ 该方案中输入自动驾驶仪方 向舵通道计算机的是飞机的 侧滑角，计算机根据侧滑角 的大小和方向计算出方向舵 偏转指令，再由方向舵伺服 系统驱动方向舵偏转，以便 将侧滑角修正为零。
第2节
自动驾驶仪的模型
2 自动驾驶仪的模型
➢ 自动驾驶仪是一个典型的反馈控制系统，它代替飞行员操纵飞机飞行。
飞行员与飞机构成的闭环系统
自动驾驶仪与飞机构成的闭环系统
第3节
自动驾驶仪的组成
3 自动驾驶仪的组成
➢ 自动驾驶仪是通过 3 套控制回路分别去驱动 飞机的副翼、升降舵和方向舵，从而实现对 飞机三轴的控制。每套自动控制回路称为自 动驾驶仪的一个通道。
11 自动驾驶仪的使用
第1节
自动驾驶仪的功能
1.1 自动驾驶仪的基本功 能
✓ 自动保持三轴稳定，即自动保持航向角、 俯仰角于某一希望角度，倾斜角保持为零， 进行直线飞行（平直飞行、爬高或下滑）。
✓ 通过旋钮或其他控制器给定期望航 向角或俯仰角，使飞机自动改变航 向并稳定于该航向，或使飞机上仰 或下俯并保持给定俯仰角
3.4→3.6
舵机
➢ 舵机是自动驾驶仪的执行机构，或伺服系统，其功用是根据放大元件的输出信号驱动舵面偏 转。常用的自动驾驶仪的舵机有电动舵机和电动-液压舵机两种。
回输装置
➢ 回输装置使舵面的偏转角度或/和舵面的偏转角速度与自动驾驶仪计算机的输出信号成一定的 函数关系，改善舵机的性能。在一些资料上将该装置称为反馈装置。
控制显示装置
➢ 控制显示装置是飞行员与自动驾驶仪交换信息的主要手段，主要包括控制板和飞行方式通告 牌。控制板用于飞行员向自动驾驶仪下达一定的指令，而显示装置则用于自动驾驶仪向飞行 员反馈其工作方式或状态。
第4节
自动驾驶仪的回路
4.1 舵回路
➢ 将舵机或舵面的偏转信号反馈回计算装置，就形成了舵回路。其功用是保证 A/P 的输出 和输入成一定的比例关系，减少铰链力矩对舵机工作性能的影响，改善舵机的性能。舵 回路一般包括舵机、反馈部件和放大器。
4.2 稳定回路
➢ 如果测量部件测量的是飞机的飞行姿态信息，则姿态测量部件和舵回路就构成了自动驾 驶仪；自动驾驶仪和被控对象（飞机）又构成了稳定回路。稳定回路的主要作用是稳定 和控制飞机的姿态角。
自动驾驶仪的稳定回路
4.3 控制回 路
➢ 稳定回路加上测量飞机重心位置信号的元件以及表征飞机空间位置几何关系的运动学环 节，就组成了控制飞机质心运动的回路，称为控制回路，或称制导回路。控制回路的功 用是控制飞机的轨迹和速度。
➢ 控制升降舵的回路，称为升降舵通道或俯仰 通道；控制副翼的回路，称为副翼通道或横 滚通道；控制方向舵的回路，称为方向舵通 道或航向通道。3 个通道既独立，又相互联 系，相互响应，共同完成对飞机的控制。
三通道自动驾驶仪的组成
3.1→3.3
测量装置
➢ 各种敏感元件，用于测量飞机的运动参数，反映飞机的实际状态，包括主测装置和辅助测量 装置。
➢ 为了实现同步，在自动驾
驶仪中需对应的两个监控
器来监控自动驾驶仪的性 能。分别是自动驾驶仪舵 机位置监控器和舵面位置
监控器。
自动驾驶仪的控制（制导）回路
第5节
自动驾驶仪的控制通道
5.1 副翼控制通 道
➢ 单通道自动驾驶仪只提 供横滚控制（ 绕纵轴的 控制），即只控制飞机 的副翼。
➢ 由于它们的局限性，这 些系统通常被称为 “Wings Leveler（机翼改 平器）”。
信号处理元件
➢ 信号处理元件亦称计算装置，其功用是把各种敏感元件的输出信号和从控制装置输入的给定 信号进行比较，处理为符合控制规律要求的信号。包括综合装置、微分器、积分器、限幅器 及滤波器等，同时还可兼顾机内检测（BIT），甚至故障检测与报警等任务。
放大器
➢ 放大器对信号处理元件输出的微小信号进行功率放大，为执行机构提供足够的功率需求。
✓ 自动将飞机保持在某一高度上，进 行定高飞行。
✓ 通过控制器给自动驾驶仪设定目标高度，自 动驾驶仪自动操纵飞机爬高或下降到该目标 高度，并将飞机自动保持在目标高度上。
✓ 按甚高频全向信标台（VOR）的无线电 信号自动操纵飞机进入 VOR 航道，并 跟踪该航道；按 ILS 的信号完成飞机着 陆前的进近。
自动驾驶仪的控制（制导）回路
4.4 同步回 路
➢ 同步回路在自动驾驶仪衔接时，保证系统输出为零，即自动驾驶仪的工作状态与当时飞行姿
态同步。
➢ 同步回路必须保证 A/P 舵机位置与 A/P 指令一致，以及操纵面位置与自动驾驶仪舵机位置一 致，以确保 A/P 舵机位置、操纵面位置和自动驾驶仪计算机指令三者一致，即三者同步。同 步的目的是避免在自动驾驶仪衔接瞬间对飞机造成冲击。
✓ BIT 功能。在自动驾驶仪的部件及系 统中，可设置 BIT（Built in Test）检测 信号，以检查某部件或全系统工作是 否正常。
✓ 马赫数配平功能。飞机在跨音速区飞行 时，升降舵操纵特性有一个正梯度区， 从而使操纵特性不稳定，这时，需要启 动马赫数配平系统来控制水平安定面或 升降舵，以改善其操纵特性。
《民航飞机自动飞行控制系统》
✩ 精品课件合集
第五章自动驾驶仪系统ຫໍສະໝຸດ 目录CONTENTS
1 自动驾驶仪的功能 2 自动驾驶仪的模型
3 自动驾驶仪的组成 4 自动驾驶仪的回路 5 自动驾驶仪的控制通道
目录
CONTENTS
6 自动驾驶仪的类型和控制律 7 自动驾驶仪的伺服作动系统 8 自动驾驶仪横滚通道各方式的原理 9 自动驾驶仪俯仰通道各方式的原理 10 自动驾驶仪驾驶盘操纵方式的原理
✓ 按飞行管理计算机系统或其他导航系 统要求，实现按预定的航路飞行，保 持航迹。
1.2 自动驾驶仪的辅助功 能
✓ 超控功能。当自动驾驶仪的伺服系 统处于卡死或无法操作的状态时， 应允许飞行员超控自动驾驶仪。
✓ 自动同步功能。在投入自动驾驶 仪之前，飞机本身处于平直飞行 的配平状态，必须让自动驾驶仪 的反馈信号与测量信号的总和回 零，以避免自动驾驶仪接通后对 飞机形成冲击。
自动驾驶仪的控制（制导）回路
5.2 升降舵控制通 道
➢ 双通道的自动驾驶仪除 了控制飞机的横滚姿态 外，还控制飞机的俯仰 姿态（飞机绕横滚轴的 转动）。
➢ 这样的双通道自动驾驶 仪是单机组的飞机执行 仪表飞行的最低设备要 求。
自动驾驶仪升降舵通道的原理图
5.3 方向舵控制通 道
方案一
➢ 该方案中输入自动驾驶仪方 向舵通道计算机的是飞机的 侧滑角，计算机根据侧滑角 的大小和方向计算出方向舵 偏转指令，再由方向舵伺服 系统驱动方向舵偏转，以便 将侧滑角修正为零。
第2节
自动驾驶仪的模型
2 自动驾驶仪的模型
➢ 自动驾驶仪是一个典型的反馈控制系统，它代替飞行员操纵飞机飞行。
飞行员与飞机构成的闭环系统
自动驾驶仪与飞机构成的闭环系统
第3节
自动驾驶仪的组成
3 自动驾驶仪的组成
➢ 自动驾驶仪是通过 3 套控制回路分别去驱动 飞机的副翼、升降舵和方向舵，从而实现对 飞机三轴的控制。每套自动控制回路称为自 动驾驶仪的一个通道。
11 自动驾驶仪的使用
第1节
自动驾驶仪的功能
1.1 自动驾驶仪的基本功 能
✓ 自动保持三轴稳定，即自动保持航向角、 俯仰角于某一希望角度，倾斜角保持为零， 进行直线飞行（平直飞行、爬高或下滑）。
✓ 通过旋钮或其他控制器给定期望航 向角或俯仰角，使飞机自动改变航 向并稳定于该航向，或使飞机上仰 或下俯并保持给定俯仰角
3.4→3.6
舵机
➢ 舵机是自动驾驶仪的执行机构，或伺服系统，其功用是根据放大元件的输出信号驱动舵面偏 转。常用的自动驾驶仪的舵机有电动舵机和电动-液压舵机两种。
回输装置
➢ 回输装置使舵面的偏转角度或/和舵面的偏转角速度与自动驾驶仪计算机的输出信号成一定的 函数关系，改善舵机的性能。在一些资料上将该装置称为反馈装置。
控制显示装置
➢ 控制显示装置是飞行员与自动驾驶仪交换信息的主要手段，主要包括控制板和飞行方式通告 牌。控制板用于飞行员向自动驾驶仪下达一定的指令，而显示装置则用于自动驾驶仪向飞行 员反馈其工作方式或状态。
第4节
自动驾驶仪的回路
4.1 舵回路
➢ 将舵机或舵面的偏转信号反馈回计算装置，就形成了舵回路。其功用是保证 A/P 的输出 和输入成一定的比例关系，减少铰链力矩对舵机工作性能的影响，改善舵机的性能。舵 回路一般包括舵机、反馈部件和放大器。