基于相位速率准则民机PIO评估应用探究.doc

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基于相位速率准则民机PIO评估应用探究

基于相位速率准则民机PIO评估应用探究   【摘 要】本文对相位速率准则的评估方法开展研究,并以某算例飞机为对象进行评估应用研究。研究结果表明,这一评估方法可以较好地预测闭环飞机的PIO趋势 【关键词】民机;控制律;驾驶员诱发振荡;相位速率准则 Research of Civil Aircraft PIO Assessment Based on Phase-Rate Criteria WANG Lei (Shanghai Aircraft Design and Research Institute, Shanghai 201210,China) 【Abstract】The assess method based on phase-rate criteria is researched, and is used in an aircraft. The results show that this method can be used to predict the PIO tendency of closed-loop aircraft. 【Key words】Civil Aircraft; Control Law; Pilot Induced Oscillation; Phase-Rate Criteria 0 引言 驾驶员诱发振荡(Pilot Induced Oscillations,PIO)属于不利的人机耦合振荡,当驾驶员操纵飞机时可能会出现持续或不可控的飞机响应振荡。按照PIO的振型分类,通常可分为3类PIO,I类PIO属于线性人机耦合振荡,主要是由于系统相位滞后或时延过大而产生[1]。电传民机采用了具有控制增稳功能的飞行控制系统,闭环系统中涉及到很多的高增益和非线性环节等,这些因素可能会导致整个闭环高阶系统的相位滞后和时延增大等,进而影响其产生PIO的趋势 本文采用相位速率准则开展I类PIO评估,并将其应用于某电传飞机上,以探讨这一评估方法的使用,研究结果可用于飞机的PIO评估时使用,并用于指导飞机的控制律设计 1 相位速率准则定义与评估方法 与带宽-相位滞后准则类似,相位速率准则亦是考察飞机的开环俯仰姿态频响特性。该准则是为了预测由于现代飞行控制系统的高阶效应所导致的PIO,而引入的一种简单设计准则。相位速率定义为人-机开环系统中性稳定频率(?准=-180°)处的相频曲线的斜率,因此它直接考虑了高频率段的相位“滚落”。经验表明,相位速率参数与那些容易引发PIO的特性存在着非常紧密的联系。大的相位速率意味着削弱了驾驶员改出PIO的能力,因为在穿越频率之上频率的提高将导致相位裕度的严重损失 起初,相位速率定义为相频曲线在-180°处的斜率,如下式所示: PR180=-|?准(?棕)=180°(°/HZ) 近年来,相位速率PR180被平均相位速率(Average Phase Rate,APR)替代,后者在一个较宽的频率范围Δω(ω180~2ω180)内确定,如图 1所示 APR的计算公式如下所示[2]: APR=-×2π(°/HZ) 式中:ω180是相位等于-180°时的频率;?准2?棕是2倍ω180频率处的相角 明显地,平均相位速率与带宽-相位滞后准则中的相位滞后τp成比例关系,τp=APR/2/360° 平均相位速率准则的判据如图 2所示[1] 2 评估应用 按照上述求解方法,求得某算例飞机在不同重量、重心、构型、以及不同飞行状态下所对应的俯仰姿态-杆力开环频响的平均相位速率APR。(平均)相位速率准则的评估结果如图 3所示 可以看出,对应于所考察的状态点,算例飞机的平均相位速率APR集中在27~38(°)/Hz之间,小于85°/Hz(1级边界);开环中性稳定频率ω180(Hz)都大于0.48Hz(1级边界)。另外,还呈现出后重心情况下的ω180相较前重心普遍略小的规律 那么,在(平均)相位速率准则下的评估结果为:算例飞机的评估结果均在1级区域的要求内,不具有PIO的趋势 3 ?Y论 通过以上的研究,可以得出以下结论: 采用相位速率准则可以较好地预测飞机的I类PIO趋势 【参考文献】 [1]高金源.飞机飞行品质[M].国防工业出版社,2003. [2]RTO-TR-029,Flight control design-best practices[R].2000. [责任编辑:朱丽娜] 1

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