自动飞行控制系统概述课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,自动飞行控制系统,自动飞行控制系统,1,第一章 飞行力学基础,第二章 飞行器运动方程,第四章 舵机与舵回路,第五章 典型飞行控制系统分析,第六章 典型飞行控制系统实例,第七章 现代飞行技术,飞行控制系统,第一章 飞行力学基础第二章 飞行器运动方程第四章 舵机与舵回,2,绪论,第一节 飞行控制系统的发展回顾,第二节 飞行控制系统的基本任务,第三节 飞行控制系统的基本组成和功能,绪论第一节 飞行控制系统的发展回顾,3,第一节 飞行控制系统的发展回顾,19世纪末尝试过用伺服驱动和自动反馈保证飞机的纵向稳定性。,当时人们的空气动力学和飞行力学知识十分浅薄，自动控制理论也处在萌芽时期 实现飞行器自动控制的设想未付诸实现。,1903年12月17日莱特兄弟驾驶自行研制的固定翼飞机飞行者一号实现了人类史上首次重于空气的航空器持续而且受控的动力飞行,第一节 飞行控制系统的发展回顾19世纪末尝试过用伺服驱动和自,4,第一节 飞行控制系统的发展回顾,1912年美国 爱莫尔,斯派雷（Eimer Sperry）研制成功第一台,电动陀螺稳定装置,保持飞机稳定平飞。能够稳定飞机姿态运动的自动控制装置（自动驾驶仪autopilot）得以迅速发展。,Courtesy the Hagley Museum&Library,Elmer Sperry and his Gyro-Compass,第一节 飞行控制系统的发展回顾1912年美国 爱莫尔 斯派,5,第一节 飞行控制系统的发展回顾,第二次世界大战期间，美国和原苏联相继研制出功能较完善的,电气式自动驾驶仪,；二次世界大战后起，德国研制成功飞航式导弹和弹道式导弹，更加促进了飞行自动控制装置的研制和发展。,导弹按空中的飞行轨迹可分为两大类，即飞航式导弹和弹道导弹（也称有翼导弹和无翼导弹）。飞航式导弹在大气层中飞行，弹体附有弹翼、尾翼和舵面。而弹道导弹的飞行轨迹主要在大气层以外，无弹翼。,The V-2 was guided by four external rudders on the tail fins,and four internal graphite vanes at the exit of the motor.The LEV-3 guidance system consisted of two free gyroscopes(a horizontal and a vertical)for lateral stabilization,and a PIGA accelerometer to control engine cutoff at a specified velocity,第一节 飞行控制系统的发展回顾第二次世界大战期间，美国和原苏,6,第一节 飞行控制系统的发展回顾,第二次世界大战后，将自动驾驶仪和其它机载装置组合构成飞机的航迹自动控制，如：,定高和自动下滑导引系统,。,成功突破音障以后，飞机的飞行包线（飞行速度和高度的变化范围）逐渐扩大，越来越复杂的飞行任务对飞机性能要求也越来越高，仅靠气动布局和发动机设计所获得的飞机性能已经很难满足复杂飞行任务的要求。因此借助于自动控制技术来改善飞机稳定性的,飞行自动控制装置（如增稳系统）,相继问世，自动驾驶仪的功能进一步的扩展，,飞行自动控制系统（automatic flight control system-AFCS）。,第一节 飞行控制系统的发展回顾第二次世界大战后，将自动驾驶仪,7,长周期起伏振荡,长周期起伏振荡,8,第一节 飞行控制系统的发展回顾,20世纪60年代产生了随控布局飞行器 使配平的迎角减小，从而减小阻力，提高升阻比，并可以减小平尾尺寸和质量。,随着计算机技术的发展，计算机已经成为飞行控制系统的核心装置。飞行控制系统的功能和内涵也在不断地扩展，成为飞行器设计中不可缺少的至关重要的技术。,第一节 飞行控制系统的发展回顾20世纪60年代产生了随控布局,9,第二节 飞行控制系统的基本任务,改善飞行品质,改善固有运动特性,改善操纵特性,改善扰动特性,改善大扰动的控制问题,协助航迹控制,全自动航迹控制,监控和任务规划,第二节 飞行控制系统的基本任务改善飞行品质,10,第三节 飞行控制系统的基本组成和功能,自动驾驶方式,的特点：,驾驶员在控制回路之外，只是监视着仪器仪表的信息，并不操纵驾驶杆。,控制机构（如：气动舵面和发动机油门等）的动作完全由随动系统按照自动装置的信号来驱动完成。,第三节 飞行控制系统的基本组成和功能自动驾驶方式的特点：,11,第三节 飞行控制系统的基本组成和功能,半自动驾驶方式,的特点：,随动系统的任务由驾驶员来完成的;,驾驶员监视仪表并操纵驾驶杆来修正由半自动装置形成失配信号。,人工驾驶方式,的特点：,驾驶员亲自对周围的飞行环境观察,从领航员、调度员和指示仪表中获得飞行信息，,要独立地决策并操纵驾驶杆来完成控制动作。在飞行过程中，驾驶员要全神关注地观察着各种飞行指示仪表，然后经过大脑思维做出决断，并通过手脚来适时准确地操纵飞机。,第三节 飞行控制系统的基本组成和功能半自动驾驶方式的特点：,12,二、自动飞行的基本原理 “反馈”,自动飞行,是用一套控制系统在,无人直接参与,的条件下自动地控制飞行器（主要指飞机和导弹）的飞行。其控制系统称为,飞行自动控制系统。,1、驾驶员是如何控制飞机的呢,？,（以要求飞机作水平直线飞行为例）,陀螺,地平仪,大脑,神经,眼睛,飞机,驾驶杆,胳膊,手脚,操纵舵面,图0-1 人工驾驶飞机的过程,驾驶员,基准,二、自动飞行的基本原理 “反馈”陀螺大脑眼睛飞机驾驶杆胳,13,图 0-2 飞行控制系统自动控制过程,自动飞行的原理,：当飞机偏离原态时，敏感元件感受偏离的方向和大小并输出相应的信号，经放大计算处理，操纵机构（称为舵机），使舵面相应偏转。由于整个系统是按负反馈的原理连接的，其结果是使飞机趋于原态。当飞机回到原态时，敏感元件输出信号为零，舵机以及与舵机机械相连的舵面也回到原位，飞机重按原来姿态飞行。,敏感元件,+,放大计算计算装置,+,执行机构,=,自动驾驶仪,敏感元件,放大计算,装置,执行机构,升降舵,飞 机,自动驾驶仪,预置指令,图 0-2 飞行控制系统自动控制过程敏感元件放大计算,14,基本的飞行控制系统包括:,阻尼器（Damper）；,增稳系统（Stability augmentation system-SAS）；,控制增稳系统(Control augmentation system-CAS)；,自动驾驶仪(Autopilot)。,基本的飞行控制系统包括:阻尼器（Damper）；,15,俯仰阻尼器与驾驶员在操纵飞机过程中的控制分工,俯仰阻尼器,仅仅通过反馈俯仰角速度来改善飞机的阻尼特性，而对姿态和航迹的控制任务还仍然由驾驶员来完成。,操纵系统,飞机,伺服电机,阻尼器,传感器,驾驶员,e,q,g,图0-4 阻尼器与驾驶员之间的关系,俯仰阻尼器与驾驶员在操纵飞机过程中的控制分工俯仰阻尼器仅仅通,16,最基本的自动驾驶仪方案,缺点：,进行航迹控制仍然是间接的并且很麻烦，只能解除驾驶员短时间内的工作负担。,仍然不能稳定飞行航迹。,操纵系统,飞机,阻尼器 伺服机构,阻尼器,自动驾驶仪伺服机构,驾驶员,e,q,g,图0-5 阻尼器和自动驾驶仪与驾驶员之间的关系,姿态控制器（A/P）,最基本的自动驾驶仪方案缺点：操纵系统阻尼器 伺服机构阻尼器,17,高度稳定系统,缺点：,仅是基准高度发生小偏离情况而设计的；,不能实现弯曲航迹的自动控制。,高度 控制器,飞机,阻尼器 伺服机构,阻尼器,自动驾驶仪伺服机构,e,q,g,图0-6 高度稳定系统结构图,姿态 控制器,h,-,h,c,高度稳定系统缺点：高度 控制器阻尼器 伺服机构阻尼器,18,典型飞行控制系统的结构图,飞行管理计算机,飞行导引计算机,飞行控制计算机,操纵系统发动机,飞行 动力学,监控 显示器,导引显示,直接传输,操作设备,侧杆,驾驶员,通信,飞行安全,地面计算机,测量系统,图0-7 典型飞行控制系统结构图,典型飞行控制系统的结构图飞行管理计算机飞行导引计算机飞行控制,19,项目,通过项目能加深对课程理解,有助于找工作,项目（有视频）,单轴螺旋桨悬浮系统（1-3人，,需要钱,）,基于FlightGear和Simulink的飞控与飞管实验教学平台（1-3人）,体感遥控直升机（1-3人，,需要钱,）,项目通过项目能加深对课程理解,20,