自动飞行控制系统
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
航空业中的智能飞行控制系统的使用说明
航空业中的智能飞行控制系统的使用说明随着科技的不断进步和航空工业的发展，智能飞行控制系统已经成为现代航空业中必不可少的一部分。
它不仅提供了更高的飞行安全性，还大大提高了飞行效率和乘客的舒适度。
本文将详细介绍智能飞行控制系统的使用方法和相关注意事项，旨在帮助相关人员更好地掌握和应用该技术。
一、智能飞行控制系统的定义和组成智能飞行控制系统，简称IFCS（Intelligent Flight Control System），是一种基于先进的计算机技术和传感器系统的自动化飞行控制系统。
它由飞行管理计算机、飞行控制计算机、数据接口单元以及相关传感器系统等组成。
二、智能飞行控制系统的使用方法1. 初始化系统在启动航班之前，首先需要进行IFCS的初始化设置。
按照系统提供的操作手册，正确设置飞行计划、飞行航线、起降机场等相关参数，确保系统能够准确地进行飞行控制和导航。
2. 检查传感器IFCS使用了多种传感器进行数据采集和实时监测，如惯性测量单元（IMU）、气压计、全球卫星导航系统（GNSS）以及雷达等。
在飞机准备起飞前，必须对这些传感器进行全面检查，确保其正常运行。
如有异常，需要及时修复或更换传感器。
3. 操作界面IFCS提供了多种不同的操作界面，供驾驶员和地面操作人员使用。
常见的操作界面包括驾驶舱内的显示屏和飞控操作手柄，以及地面操作室的操作台。
根据具体任务和需求，选择合适的操作界面，并熟悉操作方法。
4. 航路规划和飞行控制IFCS具备先进的航路规划和飞行控制功能。
在飞行前，通过输入相关信息和目标航线，系统可以自动计算最佳航路和飞行速度，确保飞机在有效范围内进行最有效率的航行。
驾驶员需要熟悉如何输入相关参数，并根据实际需求对系统进行合理的调整。
5. 自动驾驶模式IFCS提供了自动驾驶模式，能够在飞行过程中自主地进行飞行控制。
在自动驾驶模式下，系统能够根据传感器数据和预设参数实现自动起飞、巡航、降落等功能。
然而，在自动驾驶模式下，驾驶员仍需保持警觉，随时监控系统的工作情况，并做出必要的干预。
飞行器自动控制系统设计
飞行器自动控制系统设计一、引言飞行器自动控制系统设计作为飞行器控制领域的重要组成部分，是保证飞行器安全飞行的核心技术之一。
随着科技发展，飞行器的种类和技术水平不断提升，自动控制系统也不断更新升级。
本文将从控制系统设计的角度出发，探讨飞行器自动控制系统设计的原理和方法，为读者深入了解该领域提供参考。
二、飞行器自动控制系统概述1. 自动控制系统概述自动控制系统是指通过电、机、液、气等能量传递和转换来实现对被控制对象的控制。
自动控制系统通常由传感器、执行器、控制器三个部分构成。
传感器负责采集被控制量，将其转化成电信号，通过控制器对执行器进行控制，实现对被控制对象的控制。
自动控制系统在飞行器控制系统中扮演着重要的角色。
2. 飞行器控制系统概述飞行器控制系统是指通过自动控制系统实现对飞行器的控制，以保证其安全、稳定地飞行。
飞行器控制系统包括水平方向控制系统、垂直方向控制系统、机载导航系统等。
3. 飞行器自动控制系统概述飞行器自动控制系统是指无需人工干预即可实现对飞行器的控制。
其主要由传感器、执行器、控制器三部分组成。
飞行器自动控制系统广泛应用于航空、航天、军事等领域。
三、飞行器自动控制系统设计原理和方法1. 飞行器动力学原理飞行器动力学原理是设计自动控制系统的基础。
在飞行器设计过程中，需要确定飞行器的结构参数和抗扰能力等指标，以此确定各个部件的位置、尺寸和分布。
此外，还需要确定控制系统的控制环节和控制策略，以此保证飞行器的稳定性和可控性。
2. 控制系统设计方法控制系统设计方法主要包括PID控制器设计、状态空间控制器设计和模糊控制器设计等。
PID控制器是最为常见的控制器之一，其能够快速响应控制量变化、具有良好的稳定性和鲁棒性。
状态空间控制器设计是指将控制系统用状态空间方程描述，然后针对特定的控制目标进行设计，具有良好的精度和可靠性。
模糊控制器设计是指将其控制逻辑用模糊集合表示，并根据飞行器的实际情况进行设计，具有较好的复杂环境适应能力。
飞行器自动控制系统的设计与实现
飞行器自动控制系统的设计与实现飞行器自动控制系统是现代飞行器中至关重要的一部分，它能够确保飞行器在飞行过程中保持稳定、安全、高效。
本文将重点探讨飞行器自动控制系统的设计与实现。
一、飞行器自动控制系统概述飞行器自动控制系统是指利用电子控制硬件和软件，配合传感器和执行器，通过对飞机舵面、发动机油门和推进器等部件进行控制，使飞行器能够自主飞行、导航、保持高度和航向等多种功能的一套综合性系统。
在飞行器自动控制系统中，有重要的三个控制环：导航环、姿态环和动力环。
导航环主要负责路径规划、导航计算和导航指令生成；姿态环主要负责姿态控制，包括飞机的俯仰角、偏航角和滚转角；动力环则主要负责发动机推力控制和飞机的加速度控制。
二、飞行器自动控制系统的设计在飞行器自动控制系统的设计过程中，需要完成如下几个步骤：1. 系统需求分析在设计飞行器自动控制系统之前，首先需要全面分析和了解飞机的基本性能参数和运行特点，设定系统的功能需求和性能指标，进而确定系统的控制策略和实现方案。
2. 系统框架设计在需求分析的基础上，需要进行系统框架的设计，包括系统的硬件架构和软件架构。
硬件架构主要包括传感器、执行器和控制器等硬件设备的选型和组合；软件架构则主要包括控制算法的设计和实现、飞行器状态估计和滤波等软件模块的分析与设计。
3. 仿真和验证在进行实际飞行之前，需要先进行仿真和验证。
通过仿真，可以验证系统的设计和控制算法是否符合预期的要求；通过实测验证，可以检测到系统设计和控制策略的缺陷和不足，及时改进。
三、飞行器自动控制系统的实现在完成系统设计之后，需要进行系统实现。
飞行器自动控制系统的实现主要包括对控制算法、传感器和执行器等硬件设备的编程和调试，以及整个系统的测试和验证。
1. 控制算法的编程和调试在设计控制算法之后，需要对算法进行编程和调试。
控制算法需要根据飞行器的运行状态和环境变化来调整控制参数，以达到控制飞行器的稳定性和精确性。
2. 传感器和执行器的编程和调试传感器和执行器是飞行器自动控制系统的重要部分，它们负责收集和反馈飞行器状态信息和执行控制指令。
飞行器自动控制系统的使用中常见问题解析
飞行器自动控制系统的使用中常见问题解析飞行器自动控制系统是现代航空科技的重要组成部分，在航空领域发挥着重要作用。
然而，由于其复杂性和高度的技术含量，使用中常会遇到各种问题。
本文将从几个常见问题出发，对飞行器自动控制系统的使用进行解析。
一、控制精度问题飞行器自动控制系统的核心目标是以最高的精度进行飞行控制，确保飞行器能够稳定、安全地飞行。
然而，由于环境变化、系统故障等因素的影响，控制精度常常会出现波动。
在解决这一问题时，首先需要检查设备和传感器的状态，确保其正常工作。
其次，通过对控制算法和参数进行调整，提高控制系统的鲁棒性和适应性。
最后，合理利用飞行器的反馈信息，及时调整控制指令，维持良好的控制精度。
二、系统故障问题飞行器自动控制系统由多个部件组成，其中任何一个部件出现故障都会对整个系统的性能产生影响。
常见的系统故障包括传感器失灵、执行器故障等。
面对这些问题，及时检测故障原因，进行修复或更换是必要的。
此外，在设计和制造时，采用冗余设计和故障监测技术也是降低系统故障影响的有效手段。
三、飞行过程中的异常情况飞行是一个复杂的过程，往往伴随着各种异常情况。
例如，遇到恶劣的气象条件、遭遇不明飞行物体等。
在这些情况下，自动控制系统需要能够迅速响应并采取相应的控制策略。
为此，系统需要内置紧急应对措施，并在遇到问题时及时通知飞行员，确保安全的飞行。
四、能耗和效率问题飞行器自动控制系统的使用也面临能耗和效率问题。
飞行器是一种对能源极为敏感的设备，为了提高其续航能力和飞行效率，控制系统需要在保证性能和安全的情况下，尽可能减少能源消耗。
通过优化控制算法、改进机身设计等方式，可以提高飞行器的能效比，实现更长距离和更高效率的飞行。
结语飞行器自动控制系统在现代航空科技中起到了至关重要的作用。
然而，由于其复杂性和高度的技术含量，使用中常会遇到各种问题。
本文对其中一些常见问题进行了解析，在实践中可以采取相应的解决措施。
希望这对广大飞行器自动控制系统的使用者能够有所帮助，推动航空科技的发展和应用。
自动飞行控制系统习题答案
自动飞行控制系统习题答案自动飞行控制系统习题答案自动飞行控制系统是现代航空领域中的重要技术之一，它通过计算机控制飞机的飞行，提高了飞行安全性和效率。
在学习自动飞行控制系统的过程中，我们常常会遇到一些习题，下面我将为大家提供一些常见问题的答案。
1. 什么是自动飞行控制系统？自动飞行控制系统是一种通过计算机控制飞机飞行的技术。
它使用传感器收集飞机的状态信息，并根据预设的飞行计划和指令来调整飞机的航向、高度、速度等参数，实现飞行的自动化。
2. 自动驾驶模式有哪些？常见的自动驾驶模式包括：- HDG（Heading）模式：根据预设的航向指令调整飞机的航向；- ALT（Altitude）模式：根据预设的高度指令调整飞机的高度；- SPD（Speed）模式：根据预设的速度指令调整飞机的速度；- APPR（Approach）模式：用于自动进近和着陆；- VNAV（Vertical Navigation）模式：根据预设的垂直导航路径调整飞机的高度和速度。
3. 什么是飞行计划？飞行计划是一份详细的飞行任务安排表，包括起飞时间、航线、航路点、高度、速度等信息。
自动飞行控制系统可以根据飞行计划来自动调整飞机的飞行参数，实现飞行的自动化。
4. 什么是惯性导航系统（INS）？惯性导航系统是一种基于陀螺仪和加速度计的导航系统，可以测量飞机的加速度和角速度，从而计算出飞机的位置和航向。
自动飞行控制系统可以使用惯性导航系统提供的数据来确定飞机的当前位置和航向，实现精确的飞行控制。
5. 自动驾驶系统的优点是什么？自动驾驶系统具有以下优点：- 提高飞行安全性：自动飞行控制系统可以减少人为操作的错误，提高飞行的安全性；- 提高飞行效率：自动飞行控制系统可以根据预设的飞行计划和指令来调整飞机的飞行参数，实现飞行的自动化，提高飞行效率；- 减轻飞行员负担：自动飞行控制系统可以减轻飞行员的工作负担，使其更专注于监控飞行状态和处理紧急情况。
飞行控制系统的组成
飞行控制系统的组成飞行控制系统是指用于控制飞机飞行的一系列设备和程序。
它是飞机的重要组成部分，直接影响着飞机的操纵性、稳定性和安全性。
飞行控制系统的主要组成包括飞行操纵系统、飞行指示系统、飞行保护系统和自动飞行控制系统。
一、飞行操纵系统飞行操纵系统是飞行控制系统的核心部分，用于操纵飞机的姿态和航向。
它包括操纵杆、脚蹬和相关的机械传动装置。
操纵杆通过机械传动装置将飞行员的操作转化为飞机的姿态变化，从而实现对飞机的操纵。
脚蹬主要用于控制飞机的航向。
飞行操纵系统的设计需要考虑飞行员的操作感受和操作精度，以及飞机的动力特性和气动特性。
二、飞行指示系统飞行指示系统用于向飞行员提供飞机的状态和参数信息，以帮助飞行员准确地掌握飞机的飞行情况。
飞行指示系统包括人机界面设备和显示设备。
人机界面设备包括仪表板、显示器和按钮等，用于向飞行员显示飞机的状态和参数，并接收飞行员的操作指令。
显示设备一般采用液晶显示屏或投影显示技术，能够实时显示飞机的速度、高度、姿态、航向等信息。
飞行指示系统的设计需要考虑信息的清晰度和可读性，以及对飞行员的操作需求和反馈。
三、飞行保护系统飞行保护系统用于提供飞机的保护和安全功能，防止飞机发生失控或危险情况。
飞行保护系统包括防护装置、警告系统和应急措施。
防护装置主要包括防止飞机过载的装置、防止飞机超速的装置和防止飞机失速的装置等，能够保护飞机免受过载、超速和失速等不安全飞行状态的影响。
警告系统主要用于向飞行员提供飞机的警告和提示信息，以帮助飞行员及时发现和解决飞机的异常情况。
应急措施主要包括自动驾驶和自动下降等功能，能够在紧急情况下自动控制飞机的飞行。
四、自动飞行控制系统自动飞行控制系统是飞行控制系统的高级形式，能够实现自动驾驶和飞行管理功能。
自动飞行控制系统主要包括飞行管理计算机、自动驾驶仪和导航系统等。
飞行管理计算机负责计算飞机的飞行参数和航路信息，并根据飞行员的指令进行飞行计划和航线管理。
自动飞行控制系统介绍
自动飞行控制系统介绍自动飞行控制系统是一种由计算机控制的系统，能够在飞行过程中自动控制飞机的飞行。
它使用一系列传感器和计算机算法来监控飞机的状态，并根据预先设定的参数和指令来控制飞机的航向、姿态、速度和高度等参数。
自动飞行控制系统具有提高飞行安全性、减少驾驶员工作负荷、提高飞行效率等优点，已经成为现代民航飞机的标配。
飞行管理系统是自动飞行控制系统的核心部分，它由飞行计算机、导航仪、航向仪、加速度仪等系统组件构成。
它通过获取飞机的位置、航向、速度、高度等信息，并根据预设的航线和飞行计划，计算出飞机应采取的飞行参数和指令。
飞行管理系统还可以根据空中交通管制和气象条件等变化，自动调整飞机的航线和高度，以保持安全和舒适的飞行状态。
电子持续应急系统是自动飞行控制系统的关键组成部分，它用来监控和检测系统或设备的故障，并采取相应的措施来解决问题。
例如，当飞机遇到重大故障或异常情况时，电子持续应急系统会发出警报，并通过自动调整飞机的姿态和航线来确保飞行安全。
电动副翼控制系统是一种用来控制飞机舵面的机械或电力装置。
它通过电动机或电动液压泵等驱动设备，实现对飞机副翼的精确控制。
电动副翼控制系统可以帮助飞机保持稳定的飞行姿态，在飞行过程中自动调整机翼的倾斜角度，以实现平稳的飞行。
自动飞行控制系统在实际飞行中发挥着重要的作用。
它可以减轻飞行员的工作负荷，使其能够更专注于监控飞行状态和处理突发情况。
它还可以增加飞行的安全性，通过计算机算法和传感器的准确性来减少人为误差，并及时做出针对飞机状态的调整。
自动飞行控制系统还可以提高飞行效率，通过优化飞机的航线和高度，减少飞机的燃料消耗和飞行时间。
总之，自动飞行控制系统是现代民航飞机的重要组成部分，它通过计算机控制和监控飞机的飞行状态，实现自动化的飞行控制。
它具有提高飞行安全性、减轻飞行员工作负荷、提高飞行效率等优点，已经成为现代民航飞机必备的装备。
随着科技的发展和创新，自动飞行控制系统将不断完善和提升，为飞行安全和效率带来更大的贡献。
第七章 自动飞行控制系统的组成和原理
➢ 飞行控制计算机指令的计算和自动驾驶仪、飞行指引仪信号的分离情况以及 自动驾驶仪、飞行指引仪的联合使用与分开使用的情况如图7.1所示。
7.1 飞行控制计算机的自动驾驶仪指令和飞行 指引仪指令及作用
➢ 从图7.1可以看出，在自动飞行控制系统中，如果自动驾驶仪和飞行指引仪都处于接 通状态，且自动驾驶仪正在正确地控制飞机，则飞机指引仪的指引杆就应该处于中心 位置。所以，在自动驾驶仪和飞行指引仪都接通的情况下，飞行员通过观察指令杆的 移动及驾驶仪的运动方向可以监控自动驾驶仪工作是否正常。如果自动驾驶仪没有接 通，而只接通了飞行指引仪，飞行员就可以跟随指令杆的指令人工操纵飞机。
➢ 由于以上的原因，再加上计算机技术和电子技术的发展，以及飞机自动化程 度的提高，目前，大多数大中型飞机上，自动驾驶仪系统和飞行指引仪系统 共用一个计算机。
➢ 该计算机根据机组选择的工作方式和设定的目标轨迹，统一计算自动驾驶仪 的输出指令和飞行指引仪的输出指令，并将自动驾驶仪的输出指令输送到自 动驾驶仪伺服系统，驱动飞机操纵面的偏转实现对飞机姿态的控制；将飞行 指引仪的输出指令输送到姿态指引指示器用于驱动指令杆。
图7.4 AFCS 的控制组件在驾驶舱内的安装位置
7.2.2 AFCS的主要显示组件安装位置
➢ 自动飞行控制系统的主要显示组件有机长和副驾驶仪表板上的显示器，机长 和副驾驶仪表板上的自动飞行状态通告牌（ASA），机长和副驾驶仪表板上的 自动着陆警告灯，以及机长仪表板上的安定面失去配平警告灯。如图7.5式所 示。
➢ 自动驾驶仪输出的指令用于驱动自动驾驶仪某一个通道的舵机，进而控制飞 机的某一套舵面，从而改变飞机姿态或航向，在姿态或航向改变后，在飞机 空气动力学的作用下，飞机向目标轨迹运动，并最终稳定在目标轨迹上。
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。
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》
➢ 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
第一章 自动飞行控制系统概述2
1.1.4 光传飞行控制系统
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）。
1.1.4 光传飞行控制系统
1.1 自动飞行控制系统的发展 1.1.2 从自动驾驶仪到自动飞行控制系统
这时，AFCS 的主要功能不再是角姿态的稳定和控制，而是航 迹选择和保持以及速度的自动控制。这时，方式控制板（Mode Control Panel，MCP）成为不可缺少的部件，飞行员通过方式 控制板选择自动飞行控制系统的工作方式，并设置一定的参数。
1.1.2 从自动驾驶仪到自动飞行控制系统
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。
1.1.2 从自动驾驶仪到自动飞行控制系统
1.1 自动飞行控制系统的发展 1.1.1 自动驾驶仪
自动驾驶仪中的测量元件（陀螺）从气动陀螺发展为电动陀螺。
自动驾驶仪中的伺服系统由过去的气动-液压式发展为全电动 式；由3个陀螺分别控制3个通道（俯仰、横滚、偏航）改用1 个或2个陀螺来控制飞机，并可完成爬高及自动保持高度等机 动飞行。有的轰炸机上的自动驾驶仪还与轰炸瞄准器连接起来， 以改善水平轰炸的定向瞄准精度。
1.1 自动飞行控制系统的发展 1.1.1 自动驾驶仪
自动驾驶仪中控制信号的处理与放大组件从机电放大器、磁放大 器发展为电子管、半导体、集成电路以及微处理器和数字化。
飞行控制系统的原理与优化
飞行控制系统的原理与优化飞行控制系统是现代飞机中极为重要的组成部分，可谓是飞机的“大脑”。
它不仅能够完成飞机的姿态控制和导航功能，还能够监控和修复系统故障。
其作用可谓是不可或缺的，在民航飞行中占据了巨大的地位。
本文将介绍飞行控制系统的基本原理和优化方法，以及其在航空运输业中的应用。
一、飞行控制系统的原理飞行控制系统是由自动飞行控制系统和飞行管理计算机系统两个主要部分组成的。
自动飞行控制系统是进行飞机运动和姿态航向控制的核心模块，而飞行管理计算机系统则是为飞行提供导航和飞行信息，向驾驶员提供必要的帮助和建议。
飞行控制系统的原理可简单概括为以下两个方面：1. 印证传感器：飞行控制系统中的传感器是用于监控飞机状态的。
多数飞机的主要传感器通常包括加速度计、压力计、陀螺仪、罗盘、气压传感器、空速传感器等等。
这些传感器或多或少地被用来捕获飞机状况，从而检测和纠正飞行的误差。
传感器是飞行控制系统的基础，如果它们不可靠或故障，那么整个系统就会崩溃。
2. 运用控制算法：为了使飞行控制系统更加智能化和实用化，现在的飞行控制系统广泛的运用了控制算法，其中最为常见的是反馈控制算法。
反馈控制算法是一种主动控制系统，通过对系统控制量的测量和与设定值进行比较，自动调整控制量的大小来实现控制目标。
由于算法的使用，现代飞行控制系统更加强悍，更加智能化，能够使飞机变得更加平稳和安全。
飞行控制系统的原理并非十分复杂，但其衍生的应用确有极大的专业性和技术性。
下面将介绍优化飞行控制系统的方法及其优势。
二、飞行控制系统的优化1. 时间响应和频率响应分析：时间响应是飞行控制系统的系统动态行为，描述了系统输入改变时系统内部稳态状态的变化过程。
频率响应是飞行控制系统对信号频率变化的反应特性。
频率响应分析是飞行控制系统设计中的重要工具，可以用于评估系统的稳定性和性能，并进行优化。
2. 控制器优化：控制器的设计十分重要，可用于调节飞行控制系统的性能。
飞行管理与自动飞行控制系统
飞行管理系统
1. 飞行管理系统（FMS）的组成及各部分作用。 飞行管理计算机系统 （FMCS） 、 惯性基准系统 （IRS） 、 电子飞行仪表系统 （EFIS） ；
数字式飞行控制系统（DFCS）；自动油门（A/T） FMCS-包括 FMC 和 CDU，各机型 FMC 和 CDU 数不一样。 IRS-是 FMC 基本传感器，向 FMC 提供 2/3 台 IRU 输出的导航数据，FMC 进行加权 平均，主要参数有 PPOS、GS、TRK、WIND 等。 EFIS-是 FMC 的显示器：FMC 计算导航和性能目标值及其它一些在 EFIS 上显示的 供飞行员使用的信息； AFCS-A/T：是 FMC 的执行机构。FMC 的导航和性能功能与数字式飞行控制系统及 自动油门相耦合提供飞机的全自动控制。 DFCS：自动驾驶、飞行指引、高度警戒、速度配平、 马赫配平、自动油门 2. FMC 的存储内容及对传感信息的处理流程。 FMC 除包含有本身的操作程序和数据库外，还包含有用于自动飞行控制和自动油 门系统的指令逻辑和其它软件。 飞机上的传感器系统向计算机提供大气数据、导航和性能等数据。 FMC 接收到这些数据以后，首先进行检查；然后用来进行连续的导航和性能信息 更新； 最后用于控制自动飞行控制系统、 自动油门系统和无线电导航系统进行自 动调谐。 3. 导航数据库、性能数据库的内容。 导航数据库的内容:导航设备、机场、航路 包含对飞机垂直导航进行性能计算所需的有关数据。 它们是与飞机和发动机型号 有关的参数。性能数据库分为：空气动力模型、发动机数据模型 数据库的更新要 28 天进行一次 4. 导航数据库的更新 数据库装载机一般通过 P18—1 板上的 FMCS 数据传输组件插孔与 FMC 相联。 数据 库装载机接收 115V 交流，400 赫兹电源，在装载机上的开关和指示器控制装载 过程和数据装载过程显示。 当电源开关扳到“通（ON）”位，使用 FMC 内电源数据库装载机起始自测试；自 测试时如发现有故障则会使前面板上灯亮或有信息显示； 当磁带或磁盘插入到数据库装载机后，数据装载过程自动进行。 一旦在装载过程中有故障出现，则在 FMC（CDU）上有信息显示，同时数据库装 载机前面板上的故障灯亮或有信息显示。 5. 导航的概念、解决问题，综合导航的概念、功用 导航就是有目的地、安全有效地引导飞机从一地到另一地的飞行水平控制过程。 三个主要问题： 如何确定飞机当时的位置； 如何确定飞机从一个位置向另一个位 置前进的方向；如何确定离地面某一点的距离或速度、时间。 飞行管理系统的导航功能已把早期的惯性导航、 无线电导航和仪表着陆系统功能 结合在一起，由它提供一个综合导航功能。即用来完成： 导航管理；确定飞机的当前位置和速度；计算当前的风值。 6. 导航滤波的作用 由于导航设备提供的原始信息中，包含有误差和噪声，这些可能是设备本身的误 差造成的，也可能是外干扰引起的，一般都是随机的，因此也不可能预测。 为了提高导航的精度，获得一个最优估计的飞机位置、速度和风速值，在导航的 计算中都广泛地采用了滤波技术。 在导航计算中采用的滤波器有：平滑滤波器（包括加权的）、互补滤波器和卡尔
自动飞行控制系统
• 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
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。