第六章增稳与控制增稳系统_2.ppt

第三节　增稳与控制增稳系统 直升机稳定性与操纵性较差 早期直升机任务简单，性能要求低，不稳定运动模态发散周期长，驾驶员可人工修正 现代直升机任务复杂，反潜、对地攻击、对空射击，超低空贴地飞行、地形跟随与地形回避机动、抵御阵风扰动等，再加上直升机固有的不稳定性，仅依靠人工操纵已十分困难 增稳系统（SAS）、控制增稳系统（CSAS）、自动飞行控制系统（AFCS），主动控制技术 增稳与控制增稳系统 阻尼器和增稳系统提高直升机的稳定性，但对机动性具有一定程度上的消弱作用。 解决办法：在增稳系统基础上增加一个前向通道，增大控制输入给定量的控制能力。一般由杆力传感器和指令模型组成。 控制增稳系统结构 驾驶员操纵有两路： （1）机械通道助力器/自动倾斜器 （2）前向通道+增稳通道舵回路助力器 方块图 控制规律： 增稳回路 直升机动力学：如简单用调参办法应是比较困难的，即使引入了负反馈，仍有可能不稳定，因为取决于直升机本身零极点，需要设计校正网络 增控回路： 指令模型确定 数学模型与结构图 纵向运动方程 纵向俯仰通道气动模型及俯仰控制增稳系统 纵向高度通道气动模型及高度控制增稳系统 侧向气动模型及横滚控制增稳系统 侧向气动模型及航向控制增稳系统 增稳与控制增稳系统工作原理 机械稳定装置 贝尔稳定杆，洛克希德稳定杆，杭尼韦尔稳定杆 适用小型及跷跷板式旋翼直升机 稳定裕量有限,不能在全飞行包线内提供 稳定杆及其联动装置增加旋翼阻力 电子反馈增稳及控制增稳系统 姿态角速率及角位移反馈，增加直升机阻尼力矩及稳定（恢复）力矩 三轴增稳系统控制律 俯仰增稳系统 角速率反馈，弥补俯仰阻尼力矩系数不足 角位移反馈，弥补俯仰静稳定力矩系数不足。 横滚增稳系统 角速率反馈，弥补横滚阻尼力矩系数不足 角位移反馈，弥补横滚稳定力矩系数不足。 偏航增稳系统 角速率反馈，弥补偏航阻尼力矩系数不足 角位移反馈，弥补偏航稳定力矩系数不足。 高度增稳系统 垂向速度反馈，弥补Z向速度稳定性导数不足 垂向加速度反馈，增加垂向速度稳定系统阻尼。 控制增稳系统 电子反馈增加稳定性，降低系统增益，削弱操纵灵敏度 前馈通道输入舵机，增强操纵性 角速度和角位移反馈作用 相当于在根轨迹s平面中增加一个具有相位提前补偿作用的零点 增稳系统设计方法 俯仰增稳经典控制设计方法 增稳直升机工作在前飞状态（ ）。 不考虑纵侧向之间气动耦合，得纵向传递函数为 增稳系统设计方法 俯仰增稳分析 零点的选取可使不稳定的长周期运动模态处于稳定，且有足够的阻尼 选取 时的闭环根轨迹 增稳系统特征根 增稳系统设计方法 航向增稳经典控制设计方法 增稳直升机工作在悬停状态。 增稳系统设计方法 航向增稳分析 零点选取 闭环根轨迹 增稳系统特征根 模型跟踪解耦自适应控制系统设计 用矢量表示的显模型控制系统 通道显模型传递函数 纵向通道 横向通道 航向通道 总距通道 显模型参数设计 带宽设计 根据实际直升机动力学模型带宽，结合军用规范对各通道小幅度操纵输入的短周期响应的要求，设定各通道对应带宽 如:纵向、横向、航向、总距通道带宽3、3、5、4rad/s， 时间常数0.33、0.33、0.20、0.25秒 灵敏系数的确定 有两条准则，一是在驾驶员操纵下获得良好的性能，很大程度上取决于经验和主观感觉；另一种定量方法，利用军标对直升机性能的要求来确定灵敏系数。可参考军用旋翼飞行品质规范(ADS-33C)要求后确定显模型的灵敏系数Cii。 总距通道的灵敏系数为负，因为总距通道中速度方向向下为正。 如: 纵向通道： (°/cm) 横向通道： (°/cm) 航向通道： (°/s/cm) 总距通道： (m/s/cm) 阻尼系数的选取 参照军用规范ADS-33C对系统阻尼的要求。 例如可将确定为二阶线性显模型的阻尼系数取＝0.7。 控制阵的设计 线性状态方程 A为9X9动力学状态矩阵，B为9X4控制矩阵 状态向量 控制向量 后向差分法离散化方程 相对配平状态的小扰动线性化方程 为配平状态， 表示四个作动器相对于配平位置的变化 假定：经历一个采样周期后，可使系统进入新的配平状态 PI控制器的输出 积分器输出信号总是跟踪系统配平信号 最好的跟踪效果应使直升机的当前