《主动控制技术》PPT课件

二、边界限制方案分析
早期，参数的边界限制采用告警方案， 由飞行员采取措施加以限制。
利用控制系统实现边界限制的基本方案 是，利用不同的手段控制飞机相应参数的 时间响应历程，使其在给定的边界范围内 。
常用的技术包含：
（1）使用飞行控制系统的前馈和反馈； （2）使用适当的非线性控制技术 （3）使用模型跟踪技术
M 'L M 'q ZL M 'q ZM M 'M

q
§4、边界控制系统
一、概述 边界控制系统（包线限制系统）是指对
飞机的一些重要状态变量的边界值（包线 ）实现限制的飞行控制系统。其目的是减 轻飞行员的工作负担，实现“无忧虑”操 纵，保证飞机安全和实现飞机的作战性能 。
设计包线限制系统应区分下述两种包线的 差别：
（1）限制包线 允许飞行员在应急情况下，超过该包线
的边界，其后果可能发生某些永久性的变 形。
（2）极限包线 超过该包线边界将会引起飞机损失。
设计准则
就所有的驾驶指令而言，可达到的包线尽 可能宽而又不超过限制包线；
就某个特定和有意义的驾驶指令而言，可 达到的包线将尽可能宽而又不超过极限包 线。
这种机动方式可以消除在跟踪地面目标 过程中，为修正航向偏差和瞄准偏差而出 现的横滚摇摆现象，对地投弹时能显著提 高飞行员瞄准目标的能力。在攻击空中目 标时，可提高飞机的反应速度和改善瞄准 精度。
直接侧力控制
直接侧力控制
2、机身偏航指向
要求在不改变航迹角 的情况下改变
侧滑角，控制飞机的偏航姿态， 即 0, ，如图所示。此时要 求直接侧力点作用于侧向焦点处，但由于 飞机航向的随遇平衡特性，飞机不一定能 保持给定的航线，航线还需导航系统加以 修正。


q
Байду номын сангаас


Z M '
1 Mq
'

q


ZM M M
'
ZL M
M
L
'
L

（1）
要保持常值迎角运动，则要求（1）式的
, q 方程与q无关。为此，可在第1个方程
中引入控制U1 ：
U1 ZMM ZL L q
侧滑角也应限制在允许的范围内，否则会 造成侧向过载过大。
对于飞机的空速，不能过高也不能过低 ，飞机速度不断提高，会引起飞机机翼的 弹性震荡模态阻尼降低，从而引起飞机的 伺服弹性颤振。飞行速度过小，将有可能 造成失速。
（2）与飞机结构应力过大相对应的限制， 主要为过载和滚转速率等参数的限制。
（3）与飞行员耐力相关的限制 ，如在定常 条件下，过载的大小限制，以及在瞬变条 件下，过载变化率的限制。
前置滤波器：实际上是一个迟后——超前低通
滤波器网络，又称为驾驶指令模型（或指令成 形滤波器），其传递函数通常为（T1s+1） /(T2S+1) ，其中T2>T1。该滤波器的主要作用 是滤除杆力的猛烈冲动和高频噪声，并使指令
包线限制可分为以下几种
（1）与失去控制相对应的限制，如飞机的 迎角、侧滑角和空速的限制。
迎角超过最大升力迎角，将会引起飞机 的失速和尾旋，迎角过大还会引起横侧向 不稳定。对静不稳定的飞机，当最大平尾 偏度引起的低头力矩不足以抵消大迎角带 来的上仰力矩时，电传操纵便失去了静稳 定的补偿作用。
侧向平移
侧向平移运动的响应过程很慢，通常需 要10s左右才能建立稳定的侧向速度。这种 机动方式用于空－空攻击及空－地攻击中 ，可以扩大攻击范围。一般偏航指向可使 机头左右侧滑5°，故只要目标处于航线左 右5°以内，即可进行攻击。
5、纵向解耦控制律设计
（1）单纯直接升力模态
为实现这种控制，必须实现迎角与俯仰 角速率之间的解耦。若令力矩操纵面偏角 以 M 表示，直接升力操纵面偏角以 L 表示，则纵向短周期方程可表示为
机身偏航指向控制方式
偏航指向动力学
3、侧向平移控制方式
在不改变飞机航向的条件下，控制飞机 的侧向速度，即要求 0, ，如图 所示。此时要求直接侧力作用点位于侧向 焦点处，并实现航向角不变的控制。
侧向平移动力学关系
要建立右向的平移速度uy 时，驾驶员发出 指令信号 ya 使垂直鸭翼左偏 ，同时给出 方向舵协调信号 a / ya 使方向舵也向左偏 转，二者分别产生侧力和偏航力矩。两个 偏航力矩相互平衡，两个侧力则合成总侧 力是飞机产生向右的侧向加速度，并随之 产生侧滑角。由于侧滑角会产生静偏航稳 定力矩是飞机向右偏航，因此需接入航向 保持模态和倾斜保持模态，保持飞机水平 姿态向右平移。当由侧滑角产生的侧力与 直接侧力平衡，飞机就以恒定的侧向速度 做稳态平移。
现代飞行控制系统（下）
xxx
课件： xxx
四、侧向直接力控制
1、单纯直接侧力（机翼水平转弯） 此时保持 0, ，或 r ，如图所
示。类似，这种机动要求直接侧力作用点 位于质心之前一小段距离，且使 x1 xFB xc.g. xMB 。在水平转弯时，由于航向与滚转的耦合 作用，为保持机翼水平，还应适当控制副 翼。
考虑到飞机的边界限制是飞机飞行条件 的函数，边界限制系统的参数应随高度、 空速及外部载荷而变化。
在常用的g指令响应型的电传系统中，对法 向过载边界限制的基本方法是，在杆力输 入的前馈通道中加入指令限幅器，如下图 所示：
整个控制律结构大致由下述几个功能模 块组成：
（1）俯仰指令模块，主要包括：
在第2个方程中引入控制U2 ：
U2 M 'M M M 'L L M q 'q
则（1）式变为
Z q M
因此
M


L


ZM M M
'
ZL ML
'
1

1 Mq
'
q

1 ZM M L 'ZLM 'M
杆指令整形：应按规范中的有关要求，实现所 要求的杆力梯度特性。
俯仰过载限制环节：由于该系统基本上是实现 杆指令对应稳态过载的“g” 指令响应形式， 所以为了限制高速飞行时的法向过载，通过引 入杆指令的饱和特性，达到限制法向过载的目 的；由于飞机对正负过载要求不同，所以饱和 特性的正负限幅值不同。