飛機(jī)控制系統(tǒng)建模

1、飛機(jī)控制系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)建模飛機(jī)控制系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)建模探測(cè)制導(dǎo)與控制11014201110127雷繼松飛機(jī)控制系統(tǒng)建模 飛行控制系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱飛控系統(tǒng))的作用是保證飛機(jī)的穩(wěn)定性和操縱性，提高飛機(jī)飛行性能和完成任務(wù)的能力，增強(qiáng)飛行的安全性和減輕駕駛員的工作負(fù)擔(dān)。 飛行控制系統(tǒng)概述 （1）飛控系統(tǒng)分類飛控系統(tǒng)分為人工飛行控制系統(tǒng)和自動(dòng)飛行控制系統(tǒng)兩大類。由駕駛員通過對(duì)駕駛桿和腳蹬的操縱實(shí)現(xiàn)控制任務(wù)的系統(tǒng)，稱為人工飛行控制系統(tǒng)。最簡(jiǎn)單的人工飛行控制系統(tǒng)就是機(jī)械操縱系統(tǒng)。不依賴于駕駛員操縱駕駛桿和腳蹬指令而自動(dòng)完成控制任務(wù)的飛控系統(tǒng)，稱為自動(dòng)飛行控制系統(tǒng)。自動(dòng)駕駛儀是最基本的自動(dòng)飛行控制系統(tǒng)。 （2

2、）飛控系統(tǒng)構(gòu)成 飛控系統(tǒng)由控制與顯示裝置、傳感器、飛控計(jì)算機(jī)、作動(dòng)器、自測(cè)試裝置、信息傳輸鏈及接口裝置組成。 除個(gè)別的開環(huán)操縱系統(tǒng)(如機(jī)械操縱系統(tǒng))外，所有的飛控系統(tǒng)都采用了閉閉環(huán)反饋控制環(huán)反饋控制的工作原理。在人工操作飛機(jī)人工操作飛機(jī)飛行時(shí)，駕駛員通過駕駛桿、腳蹬、油門桿的位移(或力)給出控制信號(hào)控制信號(hào)U0U0，經(jīng)過飛控計(jì)算機(jī)控制率計(jì)算后給出控制控制指令指令U1U1。作動(dòng)器作動(dòng)器已據(jù)此指令驅(qū)動(dòng)相對(duì)應(yīng)的舵面(或油門、噴口)產(chǎn)生位移，形成使飛機(jī)運(yùn)動(dòng)變量后轉(zhuǎn)換為電信號(hào)電信號(hào)U2U2，一路反傳給飛控計(jì)算機(jī)，另一路輸入顯示裝置，形成目視信息，供駕駛員讀取。送給飛控計(jì)算機(jī)的反饋信號(hào)與駕駛員給出的控制信

3、號(hào)相比較，當(dāng)飛機(jī)的運(yùn)動(dòng)變量與駕駛員的控制目標(biāo)值相等時(shí)，兩種信號(hào)的代數(shù)和(U)為零，飛控系統(tǒng)不再輸出驅(qū)動(dòng)指令，飛機(jī)按照駕駛員要求的狀態(tài)飛行。在自動(dòng)飛行控制自動(dòng)飛行控制的情況下，駕駛員通過控制面板上的模式選擇按鈕(或開關(guān)、旋鈕、鍵盤等)，給出控制模式要求，飛控系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)控制飛機(jī)按照給定的模式飛行，基本控制過程和原理與人工控制飛行時(shí)相同。這時(shí)，駕駛員只需監(jiān)視顯示信息，不需要對(duì)駕駛桿等裝置進(jìn)行操作。飛行器運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)控制原理 飛行器是剛體，質(zhì)量是常數(shù)；飛行器是剛體，質(zhì)量是常數(shù)； 地面為慣性參考系，即假設(shè)地坐標(biāo)為慣性坐標(biāo)；地面為慣性參考系，即假設(shè)地坐標(biāo)為慣性坐標(biāo)； 忽略地面曲率，視地面為平面；忽略地

4、面曲率，視地面為平面； 重力加速度不隨飛行高度而變化，常值；重力加速度不隨飛行高度而變化，常值； 假設(shè)機(jī)體坐標(biāo)系的假設(shè)機(jī)體坐標(biāo)系的x-o-zx-o-z平面為飛行器對(duì)稱平面，且飛行平面為飛行器對(duì)稱平面，且飛行器不僅幾何外形對(duì)稱器不僅幾何外形對(duì)稱. .而且內(nèi)部質(zhì)量分布亦對(duì)稱，慣性積而且內(nèi)部質(zhì)量分布亦對(duì)稱，慣性積0 xyzyII 飛機(jī)在空氣中的運(yùn)動(dòng)總的可以分解為：飛機(jī)各部分隨飛機(jī)重心一道的移動(dòng)和飛機(jī)各部分。飛行員在空中操縱飛機(jī)，不外乎就是運(yùn)用油門、桿、舵改變作用在飛機(jī)上的空氣動(dòng)力和力矩，以保持或者改變飛機(jī)重心的移動(dòng)速度和飛機(jī)繞重心的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度。可見，飛機(jī)的運(yùn)動(dòng)和操縱與飛機(jī)重心的位置有密切的關(guān)系。 為

5、了確定飛機(jī)在空間的飛行軌跡，我們建立和動(dòng)力學(xué)方程。 VH1V1H ,dV dHdtdtVH1VdVdVVdtdt1HdHdHHdtdt如圖所示為機(jī)體坐標(biāo)系： x軸在飛行器對(duì)稱平面內(nèi)，平行于機(jī)身軸線或機(jī)翼的平均氣動(dòng)弦線（指機(jī)翼面積和翼展之比），指向前；z軸也在對(duì)稱平面內(nèi)，垂直于y軸，指向下；y軸垂直于對(duì)稱平面內(nèi)，指向右。飛行器繞質(zhì)心轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)方程這里進(jìn)行和航跡坐標(biāo)軸相關(guān)變換：這里進(jìn)行和航跡坐標(biāo)軸相關(guān)變換：剛體飛行器運(yùn)動(dòng)學(xué)方程這里采用歐拉法表示：這里采用歐拉法表示： Xmuw qvrYmvu rw pZmwvpu q22()()()()xxzzyxzyxzxzzxzyxxzLpIrIqr IIp

6、qIMqIpr IIprINrIpIpq IIqrI1.非線性系統(tǒng)線性化原理( )( , , )x tf x u t000000200,2( , )(,).x ux ux uffff x uf x uxuxxux 0000000,( , )(,)x ux uffxxxf x uf x uxuxu 000(,)0 xf x u0000,xuxuffxA xB uABxu xAxBu 000,0,0eearVVpqr定直平飛狀態(tài)的小擾動(dòng)線性化定直平飛狀態(tài)的小擾動(dòng)線性化 00000000000,uuuvvvwwwpppqqqrrr 000000000000(),0,00,00uVvwpqr基準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)的速度0,uVuvvwwppqqrr Xmuw qv rYmvu rw pZmwv pu qXm uwqvr000000000000000()()()()()()()()()()()()()()()xxzyduXXXmudtudvYYYmudtudwZZZmudtudpdr