飞机升降速度控制系统.doc

- - - -可修编- - -- - . -word资料- 飞机垂直速度控制系统 自控大作业 韩谨阳 2021 300464 一、系统背景 升降速度〔或称作垂直速度〕控制系统是现代自动飞行控制系统的重要模式，系统将按照最优的〔最省油〕的升降速度自动控制飞机的爬升和下降。在一些飞机上，已经将垂直速度控制系统作为纵向自动飞行控制系统的默认模式，改变了以俯仰角自动控制系统作为默认模式的传统。 从动力学来看，对垂直速度的控制，假设在飞行速度或空速不变的条件下，实际上就是对纵向轨迹角或者航轨迹角的控制，而对鬼计较的控制是飞机驾驶的最终目标。从这一意义上来说，垂直速度控制系统成为纵向自动飞行控制系统的重要工作模式是容易理解的。 但从固定翼飞机纵向运动的操作实质来说，只能通过改变俯仰角力矩来到达对垂直速度的是需要通过对俯仰角的控制来间接到达对纵向轨迹倾角控制的目的。一次，垂直速度控制系统的核心是俯仰角控制系统，将以此作为内回路来建立垂直速度控制系统。 二、控制系统模型建立 飞机的垂直速度，实际指的是飞机重心相对于地面坐标轴方向的速度，但方向与方向相反。 根据运动学方程，可以得到垂直速度的线性方程 〔1〕 其中，、为飞机平衡时的航迹倾角和速度 在实际中常用高度作为变量并以标准海平面作为测量基准，平衡状态时的高度为，那么〔1〕式表示为 〔2〕 如果平衡状态下 QUOTE =〔3〕 由于是通过俯仰角控制系统来控制垂直速度，因此余姚求出航迹倾角和俯仰角之间的关系 即=〔4〕 将〔4〕式变换成传递函数形式 在短周期运动的条件下，那么有 ] 〔5〕 将〔5〕代入到〔4〕中，于是有 =〔6〕 由于在某些飞行状态下，式〔6〕很容易出现非最小相位系统，所谓化简系统： 〔7〕 式〔7〕在系统设计中，精度是足够的，并能保证是最小相位系统，将该式代入〔3〕中 〔8〕 根据式〔8〕就可以建立在俯仰角控制系统根底上的垂直速度控制系统了，而式〔4〕可用于建立数学仿真模型。 三、升降速度控制系统的设计 升降速度控制系统是由俯仰角系统作为回路的，垂直速度控制器将形成俯仰角指令并将其作为俯仰角控制系统的输入，进而对垂直速度实施控制。同时根据负反应的原那么，需引入升降速度的反应作为控制器生成俯仰角质量的必要信息。垂直速度控制系统的方框图如图〔1〕 滤波器控制器 滤波器 控制器 上述升降速度控制系统中 QUOTE 为俯仰角控制系统的闭环传递函数，且开环传递函数并不包含积分环节，将会场内在垂直速度的稳态误差。所以垂直控制系统控制率的根本是由比例和积分环节所组成。 下面假设高度为4000M，速度130m/s下飞机动力学和俯仰角控制系统模型。在 QUOTE 和 QUOTE 时的闭环传递函数为 〔9〕 由前式得，此飞行状态下飞机俯仰角和根轨迹之间的关系 〔10〕 〔11〕 垂直速度控制系统方框图如下图： 当控制率构造确定后，就可以进展参数选择了，首先确定的主要参数增益 QUOTE ，然后再设计用于改善系统稳态进度的积分参数选择，首先确定系统的主要参数增益 QUOTE .在比例积分控制中， QUOTE 起主导作用，而 QUOTE 那么主要用于响应以改变稳定精度，因此在设计 QUOTE 时，可先假定 QUOTE 为0，这样就可以 QUOTE 作为闭环特征根的单一变量绘制根轨迹。 QUOTE 变化是的系统闭环特征根的根轨迹曲线如图〔1〕所示 图〔1〕 设计 QUOTE 时，应使得系统的主导复极点是欠阻尼的，这样有利于 QUOTE 的选择，并满足闭环极点中仍存在一对主导复极点。 如图〔1〕所示，当 QUOTE =0.936时，主导复极点的阻尼比0.601，震荡模态是由复极点 QUOTE =1.3897 QUOTE 为了设计 QUOTE ，需要对图〔1〕所示的系统的闭环特征方程进展变换。如图〔1〕所示闭环特征方程为 〔12〕 式中，其中 QUOTE 。 上式的两边同出因子得到 〔13〕 显然式〔13〕是以开环传递函数、增益构成负反应系统的闭环特征方程，因此其闭环特征根是以其开环传递 QUOTE 进展绘制，显然满足式〔12〕、式〔13〕在 QUOTE 变化时的根轨迹