自动飞行控制系统概述-自动飞行控制系统的设计方法94页PPT
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03第3章 自动飞行控制系统
AP有三套控制回路即通道(Channel)：
控制升降舵的回路，称为俯仰通道； 控制副翼的回路，称为横滚通道； 控制方向舵的回路，称为航向通道。
有的飞机上AP只控制副翼和升降舵，而方向舵由偏航阻 尼器控制。
2.AP的工作原理
自动驾驶仪
测量元 件 信号处理 元件 放大元 件 执行元 件 升降舵
2018年03月
第3章 自动飞行控制系统
自动飞行控制系统
中国民航大学 空管学院
一、概述
现代运输飞机安装自动飞行控制（AFCS）的目的：为了减轻 驾驶员的体力和精力，提高飞机飞行精度，保证飞行安全， 高质量地完成各项任务。 自动飞行控制系统 可在飞机除起飞外的离 场、爬升、巡航、下降 和进近着陆的整个飞行 阶段中使用。
三 第十六章 自动飞行控制系统
4.A/T的工作方式
（1）推力方式（EPR/N1/THR） TMC根据人工选择的推力或自动飞行时FMC(或FCC)计算的推力 和发动机的实际推力相比较，计算出他们的差值，再根据飞机 当前的高度、速度、大气温度、姿态等，计算出要维持选择的 N1(EPR)值所需油门位置的信号。 当需要推力来保持飞机 的飞行剖面或者飞行速 度时，自动油门处在推 力方式
3.自动推力的接通与断开
（1）自动推力的接通
油门杆处于A/THR 工作范围内（包括慢车位）时，按压FCU
上的A/THR 按钮，就可以起动自动推力。
油门杆位置决定可由A/T系统指令的最大推力。
（2）自动推力的断开
* 标准断开
－按下油门杆上的自然断开按钮，或
－两个油门杆放在慢车卡位。 * 非标准断开
二、自动驾驶（AP）
1.自动驾驶仪的基本功能
在飞行中代替飞行员控制飞机舵面，以使飞机稳定在某一状态 或操纵飞机从一种状态进入另一种状态。可实现飞机的： （1）自动保持飞机沿三个轴的稳定； （2）接收驾驶员的输入指令，操纵飞机以达到希望的俯仰角、 航向、空速或升降速度等； （3）接收驾驶员的设定，控制飞机按预定高度、预定航向飞 行； （4）与飞行管理计算机耦合，实现按预定飞行轨迹飞行； （5）与仪表着陆系统（ILS）耦合，实现飞机的自动着陆
《飞机飞行控制》课件
02
人机界面必须设计得简单、直观、易操作，使飞行员能够快速
地获取飞行状态信息并发出控制指令。
人机界面也是飞行员紧急情况下进行人工操纵的通道，必须保
03
证在任何情况下都能迅速有效地发挥作用。
飞行控制系统的基
03
本原理
飞行动力学基础
飞行动力学是研究飞 行器在气动力作用下 的运动规律的科学。
飞行动力学主要研究 飞行器的飞行性能， 包括稳定性和操纵性 。
飞行控制系统硬件
飞行控制系统硬件是实现飞行控制功能的物理设备，包括传感器、控制 器、执行器等。
传感器用于检测飞机的状态参数，如姿态、速度、高度和角速度等；控 制器用于处理传感器信号并计算出控制指令；执行器用于接收控制指令
并操纵飞行控制面。
飞行控制系统硬件必须具有高可靠性和高精度性，以确保飞行的安全和 稳定。
调查结论
调查报告认为，波音公司在MCAS的设计和认证过程中存在严重失误，
同时美国联邦航空局（FAA）也未能有效监管。
波音737 MAX的飞行控制系统简介
飞行控制系统
波音737 MAX的飞行控制系统包括自动驾驶系统、飞行指引系统、机动特性增强系统等 。
MCAS系统
MCAS系统是一种自动防失速系统，旨在防止飞机机翼上的失速。当传感器检测到机翼上 的气流分离时，MCAS会自动调整机头的角度以减少机翼的失速。
它以空气动力学为基 础，研究飞行器在空 气中运动的力学规律 及其应用。
飞行控制系统的工作原理
飞行控制系
它通过接收飞行员输入的指 令，经过处理后发送控制指 令给执行机构，使飞行器按 照预定的轨迹和姿态飞行。
飞行控制系统通常由传感器、 控制器和执行机构三部分组成
飞行控制系统的历史与发展
自动飞行控制系统PPT课件
远前方的大。若迎面气流速度逐渐增大，则翼面上流速的最大值也会增大，该处的温度则要降低，因而音
速也降低。当迎面气流的速度达到某一值时,翼面上最大速度处的流速等于当地音速，此时我们把远前方的
迎面气流速度 与远前方的空气音速
M
之
cr
比 ，定义为该机的临界马赫数
。
a
18
V
第18页/共92页
Mcr
第二节 空气动力学的基本知识
路；其作用是稳定与控制飞机姿态。 • 控制（制导）回路：由稳定回路加上飞机轨迹反馈元件、放大计算装置组成飞机轨迹自动驾驶仪，并与飞
机形成的回路；其作用是稳定与控制飞机轨迹。
8
第8页/共92页
第一章 飞行原理
• 飞机控制系统的核心问题是研究由控制系统和飞行器组成的闭合回路的静、动态性能，为此必须建立控制 系统和飞行器的数学模型，其形式可以是微分方程、传递函数或状态空间表达式等。
4
第4页/共92页
第一节 飞行器的自动飞行
二、控制面 1、控制飞行器的目的是改变飞行器的姿态或空间位置，并在受干扰情况下保持飞行器的
姿态或位置。因而必须对飞行器施加力和(或)力矩，飞行器则按牛顿力学定律产生运动。 2、作用于飞行器而与控制有关的力和力矩主要是偏转控制面（即操纵面）产生的空气动
力和力矩。一般飞机有三个控制面：升降舵、方向舵和副翼。 3、由于航空技术的发展，仅靠改善飞机的气动布局和发动机的性能难以达到对飞机性能
V a
19
Vmax a
第19页/共92页
第二节 空气动力学的基本知识
• 飞机飞行速度的范围划分如下：
• 飞行马赫数 为飞行速度与远前方空气音速之比，
时为低速飞行；
为亚音速飞行；
飞行控制系统典型飞行控制系统工作原理ppt幻灯片
分类：
因为飞机的角运动通常可以分解为绕三 轴的角运动，因而阻尼器也有俯仰阻尼器、 倾斜阻尼器及偏航阻尼器 。
❖组成：
阻尼器由角速率陀螺，放大器和舵回路 组成。舵回路中包括串联副舵机，反馈元 件，总和元件
q 速率陀螺
放大器
舵回路 阻尼器
助力器 e
阻尼系统：
❖ 阻尼器与飞机（不是飞控）构成回路（如 下图）如同是阻尼比改善了的新飞机，称 为飞机—阻尼系统，简称阻尼系统。
，称为拉平阶段
当
根轨迹进入s右半平面，系统不稳定。
，且航迹倾斜角 减小，使飞机沿曲线拉起
等效系统法（参见书p272-P273) 当
，即无一阶微分信号
❖ 侧向波束导引系统原理与下滑波束导引系统相似，不再作介绍。
都增大了，而绕纵轴的
类似高度控制系统，即俯仰角自控系统为内回路，增加空速传感器，当空速传感器换为M传感器时，就是M数自控系统
2）考虑助力器及舵回路惯性时阻尼器控制律
助力器传递函数为一阶惯性环节：
Ge (S)
1 s
1
1
舵回路传递函数为二阶环节：
G (S)
( s )2
1
2
s
1
阻尼器控制律为：
e Ge (S ) G (S ) L
LK T S 1
S
1
1
S
2
2
S
1
Td2S 2
2dTd S
1
❖ 惯频比性率环特c节 性与的大系G影3统e 响~s5截取倍止决以及频于上振率这，荡些助环环力c节节器的的，关G连舵系 接回。s频路若率惯对性1系只、1统给及 系统带来一些相移，不影响系统稳定性。
0m，提高 ，使空速向量与地平面平行―是保持段，然后减小 角，G＞L，飞机飘落，滑跑。
因为飞机的角运动通常可以分解为绕三 轴的角运动，因而阻尼器也有俯仰阻尼器、 倾斜阻尼器及偏航阻尼器 。
❖组成：
阻尼器由角速率陀螺，放大器和舵回路 组成。舵回路中包括串联副舵机，反馈元 件，总和元件
q 速率陀螺
放大器
舵回路 阻尼器
助力器 e
阻尼系统：
❖ 阻尼器与飞机（不是飞控）构成回路（如 下图）如同是阻尼比改善了的新飞机，称 为飞机—阻尼系统，简称阻尼系统。
，称为拉平阶段
当
根轨迹进入s右半平面，系统不稳定。
，且航迹倾斜角 减小，使飞机沿曲线拉起
等效系统法（参见书p272-P273) 当
，即无一阶微分信号
❖ 侧向波束导引系统原理与下滑波束导引系统相似，不再作介绍。
都增大了，而绕纵轴的
类似高度控制系统，即俯仰角自控系统为内回路，增加空速传感器，当空速传感器换为M传感器时，就是M数自控系统
2）考虑助力器及舵回路惯性时阻尼器控制律
助力器传递函数为一阶惯性环节：
Ge (S)
1 s
1
1
舵回路传递函数为二阶环节：
G (S)
( s )2
1
2
s
1
阻尼器控制律为：
e Ge (S ) G (S ) L
LK T S 1
S
1
1
S
2
2
S
1
Td2S 2
2dTd S
1
❖ 惯频比性率环特c节 性与的大系G影3统e 响~s5截取倍止决以及频于上振率这，荡些助环环力c节节器的的，关G连舵系 接回。s频路若率惯对性1系只、1统给及 系统带来一些相移，不影响系统稳定性。
0m，提高 ，使空速向量与地平面平行―是保持段，然后减小 角，G＞L，飞机飘落，滑跑。
飞机飞行控制课件
特点：智能化、自动化、高 精度、高可靠性
应用场景：无人机在军事、 农业、物流、救援等领域的 应用
发展趋势：智能化、网络化、 小型化、低成本化
航天飞行控制系统
航天飞行控制系 统是飞机飞行控 制系统的重要组 成部分
航天飞行控制系 统主要用于控制 航天器的姿态、 轨道和速度
航天飞行控制系 统可以保证航天 器在太空中的稳 定飞行和精确定 位
计算机技术
飞行控制计算机： 负责处理飞行控 制指令和传感器 数据
飞行控制算法： 实现飞行控制功 能，如姿态控制、 导航控制等
传感器技术：提供 飞行状态和外部环 境信息，如加速度 计、陀螺仪等
通信技术：实现飞 行控制计算机与传 感器、执行器之间 的数据传输和通信
导航技术
惯性导航系统（INS）：利用陀 螺仪和加速度计等传感器测量飞 机的加速度和角速度，计算飞机 的位置和姿态。
法规限制：技术创新需要遵守相关法规 和标准，确保产品的合法性和安全性
合作与交流：加强与行业内外的合作 与交流，共同应对技术创新的挑战和 应对策略
安全保障的挑战和应对策略
挑战：飞机飞行控制系统的安全性要求 越来越高
应对策略：加强飞机飞行控制系统的测 试和验证，确保系统的稳定性和可靠性
应对策略：加强飞机飞行控制系统的安 全性设计，提高系统的可靠性和稳定性
早期的飞行控制系统20世纪源自，飞机开始使用 机械式飞行控制系统，如操 纵杆、舵面等
20世纪30年代，飞机开始 使用液压式飞行控制系统，
提高了控制精度和稳定性
19世纪末，莱特兄弟发明 了飞机，开启了飞行控制系 统的发展历程
20世纪50年代，飞机开始 使用电动式飞行控制系统，
实现了自动化控制
现代的飞行控制系统
《飞机自动飞行系统》——课件：电传飞行控制系统
一、电传飞控技术简介
（一）电传飞控技术简介
目前空客有六种型号的飞机（A319、
A320、A321和A330、A340、A380）采用
FBW,B-777和B787飞机也采用 FBW 系统。
电传飞控技术在民航中的典型性运用--A320驾驶舱
一、电传飞控技术简介
1.3电传飞行控制系统
电传飞行控制也称电传操纵，意为驾驶员指令飞机运动，而不是指令舵面偏转。
三、电传飞控的应用
（三）光传飞行控制系统
光传控制除了像电传控制一样可减轻重量，增加业载，改善可靠性和维护 性，提高性能和安全以外，在消除EMI、EMP、HIRF、火花、闪电、雷击等干 扰因素方面作用明显。Biblioteka 思 考 / THINKING
为什么在起飞和下降阶段， 坐飞机时候手机要关闭或者打 开飞行模式呢？
AIRCRAFT AUTOMATIC FLIGHT SYSTEM
Part 03
电传飞控的 应用
三、电传飞控的应用
（一）C919上的应用
目前电传飞控技术已经成为国
际各大航空制造商普遍采用的技术，
我国的C919大型客机也采用了电传
飞控技术，填补我国在大型客机领
域电传系统运用的空白。
使用了电传飞控的国产大飞机C919的驾驶体验舱
三、电传飞控的应用
（二）缺点——容易产生电磁干扰现象
电传飞行控制系统由于装载了大类的传输 电缆，容易产生电磁干扰现象。虽然目前已经采 用双绞线和屏蔽接地等技术，但尚不能完全抑制 意外的电磁和电击干扰。
三、电传飞控的应用
（三）光传飞行控制系统
用于光传输的辅助操纵系统和发动机控制系统都已研制成功并投入实践应用。 CBL（光传控制）和FBL（光传飞行控制）在民用飞机上的应用和发展始于1992 年，1996年进入实际使用，例如，MD-87飞机上采用光纤传输的副翼调整片控制 系统（TBL）和雷神公司的比奇（Beech jet 400A）飞机上采用光传输发动机控制 系统（cbl）。
【空客A320培训PPT课件】自动飞行概述
MENU 系统概述
6/25
MCDU 1
Flight Control Unit
MCDU 2
导航信息 性能信息 ADIRS & GPS 时钟
无线电导航
自动飞行
FMGCs
FMGC 向 下 列 系 统 提 供 输 出 信息：
自动驾驶系统——用于俯仰 ，横滚和偏航控制
自动推力系统——用于推力 控制
EFIS（电子飞行仪表装置
MENU 系统概述
3/25
A320系列飞机自动飞行系统的计算和处理 功能由两台飞行管理制导计算机（FMGC）完 成。
这两台计算机是相同的，在正常情况下一起 工作。出于训练目的，我们将把这两部FMGC 作为一个整体集中讨论。
FMGC1 COMFPMUGTACTsIONFMGC2 &
PROCESSING
无线电导航信息。
FMGCs
MENU 系统概述
5/25
MCDU 1
Flight Control Unit INPUT DEVICES
MCDU 2
导航信息 性能信息 ADIRS & GPS 时钟
无线电导航
自动飞行
FMGCs
飞行员通过使用以下组件向FMGC输入 信息：
两个多功能控制和显示组件（MCDU） ， 一个单一的飞行控制组件（FCU）。
AP2
FD2
MENU 系统概述
17/25
MCDU 1
Flight Control Unit
MCDU 2
FMGC1
FD1
AP1
自动飞行
FMGC2
AP2
FD2
MENU 系统概述
18/25
MCDU 1
飞机飞行控制课件
添加标题
添加标题
控制过程：通过传感器获取数据， 计算控制量，输出到执行机构，实 现对飞机的控制
飞机飞行控制系统的硬件组成
飞行控制系统的主要硬件设备
飞行控制计算机：负责处 理飞行控制指令和飞行数 据
传感器：包括加速度计、 陀螺仪、高度计等，用于 测量飞机的姿态、速度、 高度等参数
执行机构：包括舵机、电 动机、液压泵等，用于执 行飞行控制指令
飞行控制系统的功能
控制飞机的飞行姿态和速度
确保飞机的安全性和舒适性
添加标题
添加标题
保持飞机的稳定性和操纵性
添加标题
添加标题
提高飞机的飞行效率和性能
飞机飞行控制系统的工作原理
飞行控制系统的基本原理
飞机飞行控制系统主要由传感 器、执行器和控制器组成
传感器负责收集飞机的各种飞 行参数，如速度、高度、姿态 等
环境适应性：设计 适应各种恶劣环境 的硬件，如高温、 低温、振动等
维护与升级：定期 维护和升级硬件， 确保系统始终处于 最佳工作状态
飞机飞行控制系统的软件设计
飞行控制系统软件的功能和特点
飞行控制系统软 件是飞机飞行控 制的核心部分， 负责控制飞机的 飞行姿态、速度 和高度等参数。
飞行控制系统软 件具有高度的可 靠性和稳定性， 能够保证飞机在 各种飞行条件下 的安全飞行。
通信设备：包括无线电、 卫星通信等，用于传输飞 行控制指令和飞行数据
显示设备：包括显示器、 指示灯等，用于显示飞行 状态电力支持
飞行控制系统硬件的连接方式
传感器：用于检测 飞机的飞行状态和 参数
计算机：用于处理 传感器数据，生成 控制指令
飞行控制系统包括自动驾驶仪、飞行控制计算机、传感器、执行机构等 部分。 飞行控制系统的主要功能包括姿态控制、航向控制、高度控制、速度控 制等。 飞行控制系统是飞机安全飞行的重要保障，也是现代飞机的重要标志之 一。
第一章自动飞行控制系统概述ppt课件
数字式AFCS和计算机技术的高速发展为电传飞行控制（FBW）创 造了条件。
事实上，波音737飞机上AFCS的驾驶盘操纵（CWS）方式也是一种 电传操纵。
电传操纵又是以主动增稳控制技术发展起来的。如果不从余度和 备份手段方面去考虑，当今的自动飞行控制系统、电传操纵或电 传飞行控制系统之间很难找出明确的界限。
在日常生活中，随处都可以看到浪费 粮食的 现象。 也许你 并未意 识到自 己在浪 费，也 许你认 为浪费 这一点 点算不 了什么
1.1.2 从自动驾驶仪到自动飞行控制系统
自动飞行控制系统是在20世纪60年代中逐步发展起来的，70年 代是模拟式AFCS盛行的时代，80年代开始了AFCS从模拟式向数 字式过渡。
1.1
自动飞行控制系统的发展 在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么
1.1.2 从自动驾驶仪到自动飞行控制系统
20世纪60年代以前的自动驾驶仪均以舵机回路（舵机是指在自动驾驶仪中 操纵飞机舵面（操纵面）转动的一种执行部件）的稳定系统为主，配合较 少的输入指令（如转弯、升降、高度保持等）去操纵飞机。
随着计算机技术和信息综合化技术的发展，数字式的AFCS开始 和飞行管理计算机系统（FMCS）结合工作。在飞行管理计算机 统一管理下的自动飞行控制系统和自动油门配合，实现对飞机 的自动控制和对发动机推力的自动控制。
1.1.2 从自动驾驶仪到自动飞行控制系统 在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么
为了防止电磁干扰传输电缆，FBW（电传飞行控制）采用双绞线 和屏蔽接地等技术，但尚不能完全抑制意外的电磁和电击干扰， 在此问题上光传输具有极好的防护性能。用于光传输的辅助操纵 系统和发动机控制系统都已研制成功并投入实践应用。
事实上，波音737飞机上AFCS的驾驶盘操纵（CWS）方式也是一种 电传操纵。
电传操纵又是以主动增稳控制技术发展起来的。如果不从余度和 备份手段方面去考虑，当今的自动飞行控制系统、电传操纵或电 传飞行控制系统之间很难找出明确的界限。
在日常生活中，随处都可以看到浪费 粮食的 现象。 也许你 并未意 识到自 己在浪 费，也 许你认 为浪费 这一点 点算不 了什么
1.1.2 从自动驾驶仪到自动飞行控制系统
自动飞行控制系统是在20世纪60年代中逐步发展起来的，70年 代是模拟式AFCS盛行的时代，80年代开始了AFCS从模拟式向数 字式过渡。
1.1
自动飞行控制系统的发展 在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么
1.1.2 从自动驾驶仪到自动飞行控制系统
20世纪60年代以前的自动驾驶仪均以舵机回路（舵机是指在自动驾驶仪中 操纵飞机舵面（操纵面）转动的一种执行部件）的稳定系统为主，配合较 少的输入指令（如转弯、升降、高度保持等）去操纵飞机。
随着计算机技术和信息综合化技术的发展，数字式的AFCS开始 和飞行管理计算机系统（FMCS）结合工作。在飞行管理计算机 统一管理下的自动飞行控制系统和自动油门配合，实现对飞机 的自动控制和对发动机推力的自动控制。
1.1.2 从自动驾驶仪到自动飞行控制系统 在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么
为了防止电磁干扰传输电缆，FBW（电传飞行控制）采用双绞线 和屏蔽接地等技术，但尚不能完全抑制意外的电磁和电击干扰， 在此问题上光传输具有极好的防护性能。用于光传输的辅助操纵 系统和发动机控制系统都已研制成功并投入实践应用。
《自动飞行控制系统》说课PPT
Title in here
飞行的稳定性与安全性的要求
主要内容
1 课程性质与目标
12
课程设计
3 教学内容与方法
4
教学对象分析
5
教学条件
6
课程改革
一、课程性质与目标
1、课程性质
A B C
D
课程类型 课程编码
课程设置及教学计划进程表
教学时数
学期/教学周数/周学时数
考核方式
课程名称
一
二
三
四
五
六
总学 课堂 课内实
方式控制板 自动油门系统 自动着陆系统：原理和分类、操作方式、进近、下滑道、着陆、复飞、系统检测和
故障状况
ME-TA AV 等级 等级
1
—
—
3
—
3
—
3
—
3
—
3
—
3
—
3
—
3
—
3
内容处理：
在原教学内容基础上增加第 一章内容“自动控制理论基 础”。
第二章内容为回顾先修课程 《空气动力学基础与飞行原 理》的知识点，不做详细讲 解。
11.4.10
M11. 涡轮发动机飞机的结构和系统 内容
自动飞行（ATA22） 自动飞行系统布局和基础理论（系统布局、工作原理和相关术语）
自动驾驶：指令信号的处理 工作方式：横滚、俯仰和偏航
飞行指引系统 偏航阻尼器的作用与原理
直升机自动增稳系统 自动配平：马赫配平、自动驾驶仪配平、速度配平、迎角配平等
教材
1.高职高专教材和行业培训 教材合理搭配，适应本专业 人才培养需要； 2.积极与企业合作开发符合 民航机务维修培训标准的高 职高专教材。
飞行的稳定性与安全性的要求
主要内容
1 课程性质与目标
12
课程设计
3 教学内容与方法
4
教学对象分析
5
教学条件
6
课程改革
一、课程性质与目标
1、课程性质
A B C
D
课程类型 课程编码
课程设置及教学计划进程表
教学时数
学期/教学周数/周学时数
考核方式
课程名称
一
二
三
四
五
六
总学 课堂 课内实
方式控制板 自动油门系统 自动着陆系统：原理和分类、操作方式、进近、下滑道、着陆、复飞、系统检测和
故障状况
ME-TA AV 等级 等级
1
—
—
3
—
3
—
3
—
3
—
3
—
3
—
3
—
3
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3
内容处理：
在原教学内容基础上增加第 一章内容“自动控制理论基 础”。
第二章内容为回顾先修课程 《空气动力学基础与飞行原 理》的知识点，不做详细讲 解。
11.4.10
M11. 涡轮发动机飞机的结构和系统 内容
自动飞行（ATA22） 自动飞行系统布局和基础理论（系统布局、工作原理和相关术语）
自动驾驶：指令信号的处理 工作方式：横滚、俯仰和偏航
飞行指引系统 偏航阻尼器的作用与原理
直升机自动增稳系统 自动配平：马赫配平、自动驾驶仪配平、速度配平、迎角配平等
教材
1.高职高专教材和行业培训 教材合理搭配，适应本专业 人才培养需要； 2.积极与企业合作开发符合 民航机务维修培训标准的高 职高专教材。
自动飞行控制系统介绍
2、人工操纵过程
陀螺地平 仪
眼睛
大脑
胳膊 手
驾驶杆
升降舵
驾驶员
飞机
3
航空自动化学院
第一节 飞行器的自动飞行
3、自动驾驶过程
自动驾驶仪
敏感元件
放大计算 装置
执行机构
升降舵
4
飞机
航空自动化学院
第一节 飞行器的自动飞行
4、飞行控制： 人工操纵 自动控制：自动控制是指在没有人直接参与的条件下由控 制系统自动控制飞行器（这里主要是指飞机和导弹）的飞 行。这种控制系统成为飞行自动控制系统。 自动控制的基本原理就是自动控制理论中最重要、最本质 的“反馈控制”原理。 5、自动飞行控制系统的作用 对飞行器进行稳定 引导/制导飞行器：把飞行器按照一定的方式引导或制导到 一定的位置 改善飞行器的静、动态性能
14
航空自动化学院
第二节 空气动力学的基本知识
也可以写成微分形式：
d
dV dA 0 V A
15
在飞行速度不大的情况下，绕飞行器流动的流场各 点流速差异不大，温度、压强变化很小，因而密度 变化也很小，可以认为空气是不可压缩的流体， =常数。于是连续方程可以简化为： VA 常数 此时表明，流管截面积大的地方流速小，流管截面 积小的地方流速大。
9
航空自动化学院
第一章 飞行原理
飞机控制系统的核心问题是研究由控制系统和飞行 器组成的闭合回路的静、动态性能，为此必须建立 控制系统和飞行器的数学模型，其形式可以是微分 方程、传递函数或状态空间表达式等。 飞行原理是研究飞行器运动规律的学科，属于应用 力学范畴。本章主要讨论在大气中飞行的有固定翼 飞机的运动特性，并简要介绍有关空气动力学的基 本知识。
民用飞机自动飞行控制系统：第1章 绪论
5%差带，但又不重新退出该误差带的时间。
---超调量%：超调量定义为： % yp y
y
说明：
----峰值时间tp和调节时间ts反映了过程的快 速性；%反映了运动的平稳性。
----通过改变控制器形式和参数达到设计者要 求。
• 静态特性要求（静差要求） ---稳态误差=（期望的稳态值实际的稳态值） ---静态误差与系统结构和开环放大系数有关， 也与输入信号的大小和形式有关。
➢ 人工操纵 驾驶员通过驾驶杆、脚蹬、油门杆的位移（或力）
给出控制信号 经过飞行控制计算机 （FCC） 计算控制律后 给出控制指令。
作动器根据此指令驱动相应的舵面（或油 门、喷口）产生位移 使飞机运动变量转换为
电信号
一路反馈给FCC
另一路输入显示装置，供驾驶
员读取，形成目视信息。
送给FCC的反馈信号与驾驶员给出的控制信号相
（2）反馈校正 • 最常用方法是在与被控量的负反馈部件平行地引
入被控量的微分信号的负反馈，如图所示。
• 减少系统输出的超调量，减小调节时间。
➢ 课程内容及安排
• 内容
1.飞行控制的基础知识 2.飞机自动驾驶仪和飞行指引仪 3.先进飞行控制系统 4.飞行管理系统 5.民机现代飞行控制系统（实例）
• 课时安排： 26学时
1.4飞控课程的相关基础知识
➢坐标系
o g ：原点，地面上某一点
地 og xg 轴：地平面内并指
面
向某一方向；
坐 标 系
og yg 轴：在地平面内，垂
直于 xg 轴指向右方
og zg 轴：垂直于地面并指向
地心。
Sg og xg yg zg
机体坐标系
oSbxbyobxbzybb zb
---超调量%：超调量定义为： % yp y
y
说明：
----峰值时间tp和调节时间ts反映了过程的快 速性；%反映了运动的平稳性。
----通过改变控制器形式和参数达到设计者要 求。
• 静态特性要求（静差要求） ---稳态误差=（期望的稳态值实际的稳态值） ---静态误差与系统结构和开环放大系数有关， 也与输入信号的大小和形式有关。
➢ 人工操纵 驾驶员通过驾驶杆、脚蹬、油门杆的位移（或力）
给出控制信号 经过飞行控制计算机 （FCC） 计算控制律后 给出控制指令。
作动器根据此指令驱动相应的舵面（或油 门、喷口）产生位移 使飞机运动变量转换为
电信号
一路反馈给FCC
另一路输入显示装置，供驾驶
员读取，形成目视信息。
送给FCC的反馈信号与驾驶员给出的控制信号相
（2）反馈校正 • 最常用方法是在与被控量的负反馈部件平行地引
入被控量的微分信号的负反馈，如图所示。
• 减少系统输出的超调量，减小调节时间。
➢ 课程内容及安排
• 内容
1.飞行控制的基础知识 2.飞机自动驾驶仪和飞行指引仪 3.先进飞行控制系统 4.飞行管理系统 5.民机现代飞行控制系统（实例）
• 课时安排： 26学时
1.4飞控课程的相关基础知识
➢坐标系
o g ：原点，地面上某一点
地 og xg 轴：地平面内并指
面
向某一方向；
坐 标 系
og yg 轴：在地平面内，垂
直于 xg 轴指向右方
og zg 轴：垂直于地面并指向
地心。
Sg og xg yg zg
机体坐标系
oSbxbyobxbzybb zb
第1章 自动飞行控制系统概述《民航飞机自动飞行控制系统》
➢ 随着计算机技术和信息综合化技术的发展，数字式的 AFCS 开始和飞行管理计算机系统 （FMCS）结合工作。在飞行管理计算机统一管理下的自动飞行控制系统和自动油门配 合，实现对飞机的自动控制和对发动机推力的自动控制。
➢ 飞行管理计算机系统的功能如下：
飞行计划
性能管理
导航计算
对 VOR/DME 自动调谐 自动油门速度指令
第4节
有关飞行控制自动化的争议
4.1 关于自动飞行控制系统自动化程度的争议
➢ 人机接口关系上曾提出过一些正面教学的观点：
自动飞行方式过多，在某些方式 的自动过渡中易使驾驶员模糊或 误解。
某些驾驶员过分依赖自动化，造成 盲目的安全感而导致意外失控。 驾驶员长期依靠自动化系统而缺乏 手动操纵实践，技术熟练程度逐渐 下降和荒废，当出现某些意外时， 将手足无措，不能操纵改出。
4.1 关于自动飞行控制系统自动化程度的争 议
➢ 人机接口关系上曾提出过一些正面教学的观点：
信息量加大，输入/输出数 据 量加大，一方面减少了 驾驶 员体力负荷，另一方 面增加 了驾驶员对信息读 取理解、 判断决策上的脑 力负荷，使 得心理负荷更为 沉重。
驾驶员成为管理员，脱离了对 飞机的实时控制，靠编程计划 去实现飞行，对飞行中实时空 情察觉的把握程度降低了，一 旦发生意外，就不能立即进入 角色。
子管、半导体、集成电路以及微处理器和数字化。
➢ 由于通用航空飞机和大型运输客机对自动飞行的要求不同，因而自动驾驶 仪的类型多种多样，其发展极不平衡。在单发私人小飞机上，可能只用到 单独的“横滚稳定系统”或“机翼改平系统”，而大型客机却有从起飞至 接地和滑行的全自动系统。
1.2 从自动驾驶仪到自动飞行控制系统
3.2 改善飞机的性能
➢ 飞行管理计算机系统的功能如下：
飞行计划
性能管理
导航计算
对 VOR/DME 自动调谐 自动油门速度指令
第4节
有关飞行控制自动化的争议
4.1 关于自动飞行控制系统自动化程度的争议
➢ 人机接口关系上曾提出过一些正面教学的观点：
自动飞行方式过多，在某些方式 的自动过渡中易使驾驶员模糊或 误解。
某些驾驶员过分依赖自动化，造成 盲目的安全感而导致意外失控。 驾驶员长期依靠自动化系统而缺乏 手动操纵实践，技术熟练程度逐渐 下降和荒废，当出现某些意外时， 将手足无措，不能操纵改出。
4.1 关于自动飞行控制系统自动化程度的争 议
➢ 人机接口关系上曾提出过一些正面教学的观点：
信息量加大，输入/输出数 据 量加大，一方面减少了 驾驶 员体力负荷，另一方 面增加 了驾驶员对信息读 取理解、 判断决策上的脑 力负荷，使 得心理负荷更为 沉重。
驾驶员成为管理员，脱离了对 飞机的实时控制，靠编程计划 去实现飞行，对飞行中实时空 情察觉的把握程度降低了，一 旦发生意外，就不能立即进入 角色。
子管、半导体、集成电路以及微处理器和数字化。
➢ 由于通用航空飞机和大型运输客机对自动飞行的要求不同，因而自动驾驶 仪的类型多种多样，其发展极不平衡。在单发私人小飞机上，可能只用到 单独的“横滚稳定系统”或“机翼改平系统”，而大型客机却有从起飞至 接地和滑行的全自动系统。
1.2 从自动驾驶仪到自动飞行控制系统
3.2 改善飞机的性能
自动飞行控制系统
的条件与受力因素
• 高速飞行与马赫数的概念
飞机飞行中的受力与力矩
➢升力 ➢纵向力矩 ➢侧力 ➢滚转力矩L与偏航力矩N
一、升力
在亚音速流中，气流流过有迎角的翼型（a）时，在 下表面临近前缘点A，流线在此点分开，在该点上的流速 必须为零，A点称为驻点；驻点以上气流绕翼型上表面流 过，驻点以下气流绕下表面流过，然后到后缘点B处汇合 成一条流线。B点也是驻点，其流速也为零。
上图表示推力向量不通过质心时的情况，发动机推 力对质心的力矩为 ：MT=TZT T表示推力。推力向量在质心之下时，定义ZT为正值，则 MT为正值，表示力矩矢量与OY轴一致。
空气动力引起的俯仰力矩
空气动力引起的俯仰力矩取决于飞行的 速度、高度、迎角及升降舵偏角。此外， 当飞机的俯仰速率 q＝dθ／dt，迎角变化 率，以及升降舵偏转速率等不为零时，还 会产生附加俯仰力矩，称为动态气动力矩。 气动俯仰力矩可写为：
滚转角速度P和偏航角速度r 引起的侧力
滚转力矩L与偏航力矩N
绕机体轴OX轴的力矩称为滚转力矩L， 绕机体轴OZ轴的力矩称为偏航力矩N， 这两种力矩统称为侧向力矩。 （一）绕OX轴的滚转力矩（L） （二）绕OZ轴的偏航力矩（N）
*：前面已用L表示升力，此处的L表示滚转力矩。
飞机转弯时的受力状态及影响因素
第三节自动驾驶仪的基本工作原理
• 飞机运动的划分 • AFCS的组成作用和基本作用原理 • A/P的结构类型、控制方案、控制规律和系
统工作原理
• 安定面配平、马赫数配平系统的功能和基
本工作原理
• 飞行方式控制板
飞机运动的划分
把飞机视为刚体，飞机在空间的运动有六个自 由度：三个移动自由度和绕质心的三个转动自由 度。可把飞机运动用两组互不相关的运动微分方 程来描述，每组微分方程包括三个自由度，即：
• 高速飞行与马赫数的概念
飞机飞行中的受力与力矩
➢升力 ➢纵向力矩 ➢侧力 ➢滚转力矩L与偏航力矩N
一、升力
在亚音速流中，气流流过有迎角的翼型（a）时，在 下表面临近前缘点A，流线在此点分开，在该点上的流速 必须为零，A点称为驻点；驻点以上气流绕翼型上表面流 过，驻点以下气流绕下表面流过，然后到后缘点B处汇合 成一条流线。B点也是驻点，其流速也为零。
上图表示推力向量不通过质心时的情况，发动机推 力对质心的力矩为 ：MT=TZT T表示推力。推力向量在质心之下时，定义ZT为正值，则 MT为正值，表示力矩矢量与OY轴一致。
空气动力引起的俯仰力矩
空气动力引起的俯仰力矩取决于飞行的 速度、高度、迎角及升降舵偏角。此外， 当飞机的俯仰速率 q＝dθ／dt，迎角变化 率，以及升降舵偏转速率等不为零时，还 会产生附加俯仰力矩，称为动态气动力矩。 气动俯仰力矩可写为：
滚转角速度P和偏航角速度r 引起的侧力
滚转力矩L与偏航力矩N
绕机体轴OX轴的力矩称为滚转力矩L， 绕机体轴OZ轴的力矩称为偏航力矩N， 这两种力矩统称为侧向力矩。 （一）绕OX轴的滚转力矩（L） （二）绕OZ轴的偏航力矩（N）
*：前面已用L表示升力，此处的L表示滚转力矩。
飞机转弯时的受力状态及影响因素
第三节自动驾驶仪的基本工作原理
• 飞机运动的划分 • AFCS的组成作用和基本作用原理 • A/P的结构类型、控制方案、控制规律和系
统工作原理
• 安定面配平、马赫数配平系统的功能和基
本工作原理
• 飞行方式控制板
飞机运动的划分
把飞机视为刚体，飞机在空间的运动有六个自 由度：三个移动自由度和绕质心的三个转动自由 度。可把飞机运动用两组互不相关的运动微分方 程来描述，每组微分方程包括三个自由度，即：
自动飞行控制系统
2007.12
自动驾驶仪的两种衔接方式
指令方式CMD——飞行员通过方式控制板MCP 上的控制元件选择工作方式，输入控制指 令（航向、飞行高度、速度）；A/P根据 输入的控制指令和各传感器的输入信号， 纵向通道和横侧向通道分别以不同的方式 工作，实现对飞机的自动操纵。
2007.12
纵向通道的工作方式
涡轮发动机飞机
第六章 自动飞行控制系统 AFCS
2007.12
第6章 自动飞行控制系统
6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6 自动飞行控制系统的组成和基本功能 自动驾驶仪（AP） 飞行指引（FD） 偏航阻尼系统（YDS） 俯仰配平系统（Auto Trim） 自动油门系统（ATS） 自动
2007.12
2007.12
数字式AFCS的结构
80年代 AP/FD计算 机集成为 FCC。
2007.12
电子飞行控制系统EFCS的结构
电传操纵FBW——通过 电信号取代机械操 纵机构，实现对飞 机操纵面的控制。 飞行管理制导包络计 算机FMGEC——AP、 AD功能、偏航阻尼、 配平功能及失速、 超速等飞行安全极 限监控。 数字式发动机全权电 子控制系统 FADEC——利用计 算机实现对发动机 油门等的完全的自 动控制。
2007.12
6.4.3 偏航阻尼系统的组成
偏航阻尼计算机——用 于计算方向舵的偏 转量。 偏航阻尼伺服马达—— 用于驱动方向舵。 偏航阻尼器控制板—— 用于衔接或断开偏 航阻尼系统。 偏航阻尼指示——位置 指示、状态显示以 及警戒信息。 速率陀螺——用于探测 航向的变化率。
2007.12
偏航阻尼计算机
用于计算方向舵的偏转量。 带通滤波器——接受飞机的偏航信号，滤除正常的转弯信号。偏 航阻尼速率信号达到荷兰滚震荡频率才能通过滤波器。 速度补偿电路——接受大气数据计算机的空速信号，以根据空速 来修正方向舵偏转量。空速越大，方向舵的偏转角度越小。 协调转弯电路——接收由垂直陀螺或惯导系统的横滚姿态信号， 协调飞机的转弯。
自动驾驶仪的两种衔接方式
指令方式CMD——飞行员通过方式控制板MCP 上的控制元件选择工作方式，输入控制指 令（航向、飞行高度、速度）；A/P根据 输入的控制指令和各传感器的输入信号， 纵向通道和横侧向通道分别以不同的方式 工作，实现对飞机的自动操纵。
2007.12
纵向通道的工作方式
涡轮发动机飞机
第六章 自动飞行控制系统 AFCS
2007.12
第6章 自动飞行控制系统
6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6 自动飞行控制系统的组成和基本功能 自动驾驶仪（AP） 飞行指引（FD） 偏航阻尼系统（YDS） 俯仰配平系统（Auto Trim） 自动油门系统（ATS） 自动
2007.12
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数字式AFCS的结构
80年代 AP/FD计算 机集成为 FCC。
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电子飞行控制系统EFCS的结构
电传操纵FBW——通过 电信号取代机械操 纵机构，实现对飞 机操纵面的控制。 飞行管理制导包络计 算机FMGEC——AP、 AD功能、偏航阻尼、 配平功能及失速、 超速等飞行安全极 限监控。 数字式发动机全权电 子控制系统 FADEC——利用计 算机实现对发动机 油门等的完全的自 动控制。
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6.4.3 偏航阻尼系统的组成
偏航阻尼计算机——用 于计算方向舵的偏 转量。 偏航阻尼伺服马达—— 用于驱动方向舵。 偏航阻尼器控制板—— 用于衔接或断开偏 航阻尼系统。 偏航阻尼指示——位置 指示、状态显示以 及警戒信息。 速率陀螺——用于探测 航向的变化率。
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偏航阻尼计算机
用于计算方向舵的偏转量。 带通滤波器——接受飞机的偏航信号，滤除正常的转弯信号。偏 航阻尼速率信号达到荷兰滚震荡频率才能通过滤波器。 速度补偿电路——接受大气数据计算机的空速信号，以根据空速 来修正方向舵偏转量。空速越大，方向舵的偏转角度越小。 协调转弯电路——接收由垂直陀螺或惯导系统的横滚姿态信号， 协调飞机的转弯。