飞机自动驾驶系统
第5章 自动驾驶仪系统《民航飞机自动飞行控制系统》
4.2 稳定回路
➢ 如果测量部件测量的是飞机的飞行姿态信息，则姿态测量部件和舵回路就构成了自动驾 驶仪；自动驾驶仪和被控对象（飞机）又构成了稳定回路。稳定回路的主要作用是稳定 和控制飞机的姿态角。
自动驾驶仪的稳定回路
4.3 控制回 路
➢ 稳定回路加上测量飞机重心位置信号的元件以及表征飞机空间位置几何关系的运动学环 节，就组成了控制飞机质心运动的回路，称为控制回路，或称制导回路。控制回路的功 用是控制飞机的轨迹和速度。
➢ 控制升降舵的回路，称为升降舵通道或俯仰 通道；控制副翼的回路，称为副翼通道或横 滚通道；控制方向舵的回路，称为方向舵通 道或航向通道。3 个通道既独立，又相互联 系，相互响应，共同完成对飞机的控制。
三通道自动驾驶仪的组成
3.1→3.3
测量装置
➢ 各种敏感元件，用于测量飞机的运动参数，反映飞机的实际状态，包括主测装置和辅助测量 装置。
➢ 为了实现同步，在自动驾
驶仪中需对应的两个监控
器来监控自动驾驶仪的性 能。分别是自动驾驶仪舵 机位置监控器和舵面位置
监控器。
自动驾驶仪的控制（制导）回路
第5节
自动驾驶仪的控制通道
5.1 副翼控制通 道
➢ 单通道自动驾驶仪只提 供横滚控制（ 绕纵轴的 控制），即只控制飞机 的副翼。
➢ 由于它们的局限性，这 些系统通常被称为 “Wings Leveler（机翼改 平器）”。
信号处理元件
➢ 信号处理元件亦称计算装置，其功用是把各种敏感元件的输出信号和从控制装置输入的给定 信号进行比较，处理为符合控制规律要求的信号。包括综合装置、微分器、积分器、限幅器 及滤波器等，同时还可兼顾机内检测（BIT），甚至故障检测与报警等任务。
飞机系统知识点总结
飞机系统知识点总结飞机是由许多复杂的系统组成的，这些系统相互配合，确保飞机的安全和性能。
本文将对飞机系统的各个方面进行总结，包括飞行控制系统、动力系统、舱内系统和通信系统等。
通过本文的阅读，读者可以对飞机系统有一个全面的了解。
一、飞行控制系统飞行控制系统是飞机的关键系统之一，它包括飞行操纵系统、飞行辅助系统和自动驾驶系统。
1. 飞行操纵系统飞行操纵系统包括操纵杆、脚蹬、副翼、升降舵和方向舵等部件。
通过这些部件，飞行员可以控制飞机的姿态、航向和俯仰。
飞机的操纵系统通常由液压系统或者电动系统驱动，确保飞机操纵的精准和灵活。
2. 飞行辅助系统飞行辅助系统是为了提高飞机的操纵性能而设计的系统。
比如说，阻尼器系统可以减小飞机的振动，减少飞机受到外部环境的影响。
此外，气动弹性补偿系统可以改善飞机的飞行品质，使得飞行更为平稳。
3. 自动驾驶系统自动驾驶系统是现代飞机的一大特色，它可以帮助飞行员更轻松地控制飞机。
自动驾驶系统可以自动调整飞机的姿态、航向和速度，减轻飞行员的负担，提高飞行的安全性。
二、动力系统动力系统是飞机的心脏，负责提供飞机的动力和推进力。
飞机的动力系统通常由发动机和推进系统组成。
1. 发动机发动机是飞机的动力来源，它可以根据不同的原理分为涡轮喷气发动机和螺旋桨发动机。
涡轮喷气发动机是现代喷气式飞机最常用的发动机，它通过燃烧燃料产生高温高压的气流，驱动涡轮产生推进力。
螺旋桨发动机则是一种传统的发动机，通过旋转螺旋桨产生推进力。
2. 推进系统推进系统包括发动机的引擎控制系统、涡轮喷气发动机的涡轮增压系统和螺旋桨发动机的传动系统。
这些系统可以有效地将发动机产生的动力传递到飞机的推进装置上，保证飞机的动力输出。
三、舱内系统舱内系统是为了提供乘客舒适和飞行员工作环境而设计的系统，它包括气压控制系统、空调系统和供氧系统等。
1. 气压控制系统在飞行高度较高的情况下，大气压会急剧下降，可能导致乘客和机组人员出现高原反应。
民航自动驾驶发展历史
民航自动驾驶发展历史
民航自动驾驶系统的发展历史可以追溯到20世纪初，但真正成
熟和广泛应用是在近几十年。
以下是民航自动驾驶系统发展历史的
概述：
1. 早期阶段，20世纪初，飞行员主要依靠手动操纵飞机进行
飞行。
随着航空技术的发展，自动驾驶系统开始出现在一些飞机上，但主要用于辅助飞行员进行飞行。
2. 二战后，二战后，随着航空工业的快速发展，自动驾驶系统
得到了进一步的发展。
一些先进的飞机开始配备自动驾驶系统，用
于辅助飞行员进行飞行和导航。
3. 1970年代，随着计算机技术的进步，民航自动驾驶系统开
始向更加智能化和自主化发展。
一些先进的飞机开始配备了自动驾
驶系统，可以实现自动起降、自动导航等功能。
4. 1990年代，随着GPS技术的普及和发展，民航自动驾驶系
统得到了进一步的提升。
飞机可以通过GPS实现精准的导航和定位，大大提高了飞行的安全性和效率。
5. 当代，目前，民航自动驾驶系统已经非常成熟和普及。
现代
民航飞机几乎都配备了先进的自动驾驶系统，可以实现全程自动飞行、自动着陆等功能。
同时，一些航空公司也在研发无人驾驶客机，未来有望实现完全自动化的民航飞行。
总的来说，民航自动驾驶系统经过了近一个世纪的发展，从最
初的辅助功能到如今的全自动化飞行，取得了巨大的进步。
随着技
术的不断发展，民航自动驾驶系统的未来发展空间将更加广阔。
飞机自动驾驶系统
1.天气状况很好.能见度很好.基本静风.没有乱流(还要符合与前机的尾流间隔)2.飞机本身没有故障.符合自动驾驶落地要求3.地机场设备运转正常.航向道和下滑到工作稳定指示正常.能满足飞机自动进近落地需求4.期间机组需要严密监控.发现异常要立即断开自动驾驶转为人工操纵波音737系列飞机装有先进的数字飞行控制系统，从起飞后达到400英尺高度到着陆，整个飞行过程都可以自动驾驶，而且飞机会自动优选最佳的飞行航路。
这期间，自动驾驶仪有飞行管理计算机系统来控制。
飞行管理计算机系统里装有导航数据库和性能数据库，包括所有航线的计划航路，只要飞行员在起飞前输入所飞航线的相关参数，那么，从他按下自动驾驶仪按钮的那一刻起，飞机就会完全按照计划航线自动飞行，直到着陆。
一般情况下，机场都装有引导飞机着陆的仪表着陆系统，该系统利用无线电波在空中形成一条看不见得飞机下滑道。
当飞行管理计算机将飞机引导到下滑道时，自动驾驶仪通过接受无线电信号来控制飞机，使飞机沿下滑道自动着陆到跑道头，再由飞行员操纵飞机沿跑道滑跑。
在波音767、747-400和777飞机上，滑跑这一段也可以由飞机自动完成。
能稳定飞机的飞行状态，并能操纵飞机改变飞行状态的自动装置。
在有人驾驶的飞机上使用自动驾驶仪是为了减轻飞行员的负担，使飞机自动按给定的姿态、航向、高度和马赫数飞行。
它由敏感元件、计算装置、执行机构(舵机)和回零系统等组成，与飞机构成反馈回路。
敏感元件测出飞机某一时刻的实际飞行参数，经比较器与需要值比较，再输出修正信号；计算装置按调节规律算出相应的舵面偏转量；舵机操纵舵面到应处位置；回零系统使自动驾驶仪接通使飞机保持在接通前的基准状态。
自动驾驶仪从原理上可分为比例式和积分式两种。
前者的舵机输出量与被调参量的偏差成比例，其特点是结构简单，但有静态误差；后者的舵机输出量与被调参量的偏差积分成比例，其特点是没有静态误差，但结构复杂。
有的飞机上自动驾驶仪与人工飞行操纵系统二者能同时工作；有的飞机上则一个处于工作状态时另一个必须处于断开状态。
飞机轨迹规划与控制系统的设计与优化
飞机轨迹规划与控制系统的设计与优化1. 引言飞机轨迹规划与控制系统是飞机自动驾驶系统中至关重要的一部分。
其主要任务是根据飞机当前的状态和目标位置，计划出最佳的飞行轨迹，并通过控制飞机的姿态和引擎输出来实现轨迹上的准确飞行。
本文将介绍飞机轨迹规划与控制系统的设计与优化。
2. 轨迹规划轨迹规划是飞机自动驾驶系统中的核心问题之一。
其目标是从起飞到降落期间，根据飞机的动力学特性和环境条件，在各个航段上选择出最优的轨迹。
最优轨迹的选择应综合考虑飞行时间、燃油消耗、航空交通管制等因素。
为了规划出最优轨迹，可以采用优化算法，如遗传算法、粒子群算法等。
这些算法可以通过迭代搜索，找到最优的飞行轨迹。
此外，还可以考虑使用模型预测控制（MPC）方法，根据预测的飞行状态来规划出最优轨迹。
轨迹规划算法的选择应根据飞机类型、环境条件和任务要求来确定。
3. 控制系统设计飞机轨迹规划与控制系统的设计中，控制系统的设计是一个重要的环节。
飞机控制系统的主要任务是根据规划的轨迹，在飞行中控制飞机的姿态和引擎输出，以保持飞机在规定的轨迹上精确飞行。
控制系统设计中，可以采用多种控制方法，如PID控制、模糊控制、自适应控制等。
PID控制是一种经典的控制方法，根据当前误差和误差的变化率来调整控制量。
模糊控制可以处理非线性和模糊的系统，根据模糊推理来决策控制量。
自适应控制可以根据飞机的动力学特性和环境条件来自适应地调整控制参数。
控制方法的选择应根据飞机的动力学特性和控制要求来确定。
此外，为了提高控制系统的性能，还可以考虑使用先进的控制技术，如模型预测控制（MPC）、滑模控制、鲁棒控制等。
这些控制技术可以提高飞机的跟踪性能和鲁棒性能，减小外部扰动的影响。
4. 优化策略为了进一步提高飞机轨迹规划与控制系统的性能，可以考虑使用优化策略来优化系统的设计。
优化策略可以通过调整系统参数和算法来达到系统性能的最优化。
一种常用的优化策略是粒子群算法（PSO）。
PLC在航空航天行业中的应用案例分析
PLC在航空航天行业中的应用案例分析PLC（可编程逻辑控制器）是一种专门用于自动化控制系统的电子设备，广泛应用于工业领域。
然而，它的应用不仅局限于传统的工业生产领域，也正逐渐在其他各个领域展现其强大的控制和监控能力。
本文将着重探讨PLC在航空航天行业中的应用案例，以展示PLC在该领域中的关键作用。
一、飞机自动驾驶系统在航空航天行业中，飞机自动驾驶系统是一个至关重要的控制系统。
该系统通过使用PLC实现了飞机的自动导航、自动驾驶、高度控制等功能，减轻了飞行员的负担，提高了飞行的安全性和舒适性。
以某型客机为例，PLC作为核心控制器，接收来自传感器的输入数据，并根据事先确定的算法和逻辑进行处理，最终输出控制信号给执行机构，实现飞机的各项操作。
例如，PLC可以根据飞机当前的位置和航向角计算飞机要采取的行动，如自动调整航向角度、控制高度等。
这些操作可以在飞行员按下某个按钮后自动启动，也可以根据预设的航行计划自动执行。
二、航空维修系统航空维修系统是保障航空运输安全和飞行效率的重要系统之一。
PLC在航空维修系统中的应用主要体现在故障诊断和维修过程的自动化。
PLC可以通过与飞机各个系统的传感器、执行器和控制器连接，实时监听飞机各部件的工作状态和数据信息。
一旦某个系统出现异常或故障，PLC能够迅速识别并发出警报信号，提醒维修人员对故障进行处理。
在实际的维修过程中，PLC还能够与维修设备进行联动，自动执行各种维修操作。
例如，当需要更换某个部件时，PLC可以根据事先编写的维修程序控制相关设备自动完成拆卸、安装和调试过程，提高维修的效率和准确性。
三、飞机供电系统控制飞机供电系统是航空航天行业中的重要组成部分，它负责为飞机提供所需的各种电力供应。
PLC的应用可以简化和优化供电系统的控制过程，确保飞机的稳定供电。
通过PLC的控制，可以对飞机的电源进行集中管理。
在飞机起飞、飞行、着陆等不同阶段，PLC能够根据需求自动调整和切换电源输出，以确保每个系统都能得到稳定的电力供应。
电气工程与自动化在航空航天领域的应用案例
电气工程与自动化在航空航天领域的应用案例近年来，随着航空航天技术的飞速发展，电气工程与自动化在该领域发挥了重要的作用。
本文将通过几个实际的应用案例，介绍电气工程与自动化在航空航天领域中的具体应用。
1. 案例一：飞机自动驾驶系统飞机自动驾驶系统是电气工程与自动化在航空领域中应用最为广泛的领域之一。
通过使用传感器、控制器和执行器等设备，飞机自动驾驶系统能够实现飞机在航行过程中的自动控制，从而实现航线规划、自动导航、高度控制等功能。
该系统不仅大大提高了飞行的安全性和稳定性，还能减轻飞行员的工作负担，提高飞机的运行效率。
2. 案例二：卫星通信系统卫星通信系统是航天领域中不可或缺的一部分，电气工程与自动化在其中起到了关键的作用。
通信卫星通过接收地面站发来的信号，利用电气工程和自动化技术完成信号的解码、转发和放大，进而将信息传送至目标指定位置。
这种技术的应用使得卫星通信系统能够实现全球范围内的无缝通信，为人们的日常生活、科研、军事等提供了便利。
3. 案例三：航空电子设备航空电子设备包括了飞机上的各种电子监控系统、导航系统、通信系统等。
这些设备通过电气工程和自动化技术的应用，能够有效地监测飞机的状态、控制飞机的飞行、进行飞行导航和通信等功能。
例如，自动驾驶仪、雷达系统、飞行数据记录仪等，都是电气工程与自动化技术的应用成果。
这些设备的研发和应用，提高了飞行的安全性和可靠性，为航空领域的发展做出了重要贡献。
4. 案例四：火箭发动机控制系统在航天领域中，火箭发动机控制系统是电气工程与自动化的又一个重要应用领域。
火箭发动机控制系统通过电气工程与自动化技术，实现对火箭发动机的燃料供给、喷气角度、推力控制等各项参数的精确控制，从而确保火箭发动机在飞行过程中的稳定运行。
这些控制系统的设计和优化，不仅提高了火箭的发射效率和精度，还为航天事业的发展奠定了坚实的基础。
综上所述，电气工程与自动化在航空航天领域具有广泛的应用前景。
通过引入先进的传感器、控制器和执行器等设备，电气工程与自动化技术为航空航天领域的发展提供了强有力的支撑。
飞机自动驾驶系统
自动驾驶系统什么是自动驾驶系统？自动驾驶系统（自动驾驶仪），是一种通过飞行员按一些按钮和旋转一些旋钮，或者由导航设备接收地面导航信号，来自动控制飞行器完成三轴动作的装置。
不同型号的飞机所装备的自动驾驶仪可能会有一些小的差别，但是大体相似。
自动驾驶系统能做些什么？在FS2004里，Cessna 和Beechcraft Baron 58 装备的自动驾驶仪具有以下功能：∙保持机翼水平，不发生滚转。
∙保持飞机当前的仰俯角。
∙保持选定的飞行方向。
∙保持选定的飞行高度。
∙保持选定的上升率或下降率。
∙跟踪一个VOR电波射线（Radial）。
∙跟踪一个定位信标（Localizer）或反向航路定位信标（Localizer Back Course）。
∙跟踪仪器降落系统（Instrument Landing System）的定位信标和下滑道指示信标（Glide Slope）。
∙跟踪一个GPS航路。
在FS2004中，Beechcarft King Air 350, Bombardier Learjet 45, 和所有的Boeing 喷气机，都装备有自动飞行控制系统，包括自动驾驶仪，自动油门（自动节流阀门）和飞行指挥仪。
这套系增加了以下功能：∙保持一个选定的飞行速度（空速或地速）。
∙消除有害的偏航。
∙帮助飞行员正确的手动控制飞机。
在FS2004中，有些机型或面板上，提供更多的自动驾驶仪操作功能：∙飞行管理计算机（Flight Management Computers）∙垂直方向导航（Vertical Navigation）∙横向导航（Lateral Navigation）∙飞行水平改变（Flight Level Change）∙机轮控制（Control Wheel Steering）∙自动降落（Autoland）为什么要使用自动驾驶仪？有些人认为真正的飞行员是不需要自动驾驶仪的，这个观点是有一点偏颇的，因为适当的使用自动驾驶仪可以减小飞行员工作量，特别是在仪器飞行规则（Instrument Flight Rules）的时候。
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自动驾驶系统
什么是自动驾驶系统？
自动驾驶系统（自动驾驶仪），是一种通过飞行员按一些按钮和旋转一些旋钮，或者由导航设备接收地面导航信号，来自动控制飞行器完成三轴动作的装置。
不同型号的飞机所装备的自动驾驶仪可能会有一些小的差别，但是大体相似。
自动驾驶系统能做些什么？
在FS2004里，Cessna 和Beechcraft Baron 58 装备的自动驾驶仪具有以下功能：
∙保持机翼水平，不发生滚转。
∙保持飞机当前的仰俯角。
∙保持选定的飞行方向。
∙保持选定的飞行高度。
∙保持选定的上升率或下降率。
∙跟踪一个VOR电波射线（Radial）。
∙跟踪一个定位信标（Localizer）或反向航路定位信标（Localizer Back Course）。
∙跟踪仪器降落系统（Instrument Landing System）的定位信标和下滑道指示信标（Glide Slope）。
∙跟踪一个GPS航路。
在FS2004中，Beechcarft King Air 350, Bombardier Learjet 45, 和所有的Boeing 喷气机，都装备有自动飞行控制系统，包括自动驾驶仪，自动油门（自动节流阀门）和飞行指挥仪。
这套系增加了以下功能：
∙保持一个选定的飞行速度（空速或地速）。
∙消除有害的偏航。
∙帮助飞行员正确的手动控制飞机。
在FS2004中，有些机型或面板上，提供更多的自动驾驶仪操作功能：
∙飞行管理计算机（Flight Management Computers）
∙垂直方向导航（Vertical Navigation）
∙横向导航（Lateral Navigation）
∙飞行水平改变（Flight Level Change）
∙机轮控制（Control Wheel Steering）
∙自动降落（Autoland）
为什么要使用自动驾驶仪？
有些人认为真正的飞行员是不需要自动驾驶仪的，这个观点是有一点偏颇的，因为适当的使用自动驾驶仪可以减小飞行员工作量，特别是在仪器飞行规则（Instrument Flight Rules）的时候。
你可以让自动驾驶仪帮助你完成一些辅助工作（比如象保持航向和高度），可以让你集中精力去完成其他一些与飞行安全相关的工作（比如导航，观察交通，通话等等）。
使用自动驾驶仪也会减轻你在完成一次长距离飞行后的疲劳程度。
在整个飞行进程中最危险的进近和降落阶段（尤其在是在云层中的颠簸时），如果飞行员已经被简单的飞行操作耗去了大量的精力和体力……。
两个最重要的准则
当两个飞行员（比如一个教练，一个学员）轮流操作飞机，在任何时候他们会非常清楚现在谁在控制飞机。
当一个飞行员移交控制给另一个飞行员，他会说：“你来控制飞机。
”当第二个飞
行员开始控制飞机时，他会说：“我来控制飞机。
”这种方法避免了两个飞行员同时控制飞机或
者两个人都不在控制飞机的危险情况。
使用自动驾驶仪的话就不一样了。
两个最重要的准则就是在使用两轴或三轴自动驾驶仪时，要记住：
1.自动驾驶仪关闭时，你控制飞机。
2.自动驾驶仪打开时，你监控和控制自动驾驶仪。
自动驾驶和飞行
在任何时候都不要试图使用自动驾驶仪去完成你无法完成的事情，没有哪个飞行员能转一个120度的弯，并且截取定位信标，而当时飞机的飞行速度是300节，离定位信标却只有不到1
英里，这个做法根本是不现实的。
如果你让自动驾驶仪轻松的完成你给定的任务，自动驾驶仪就会让你轻松完成飞行。
有了自动驾驶仪并不意味着你就可以睡大觉了。
使用自动驾驶仪的目的是使你有更多的注意力去完成其他重要的操作。
别茫然的盯着窗外傻看，你还有很多事情要做：
∙知道自己的位置。
虽然自动驾驶仪在控制飞机，但是你还是有责任去控制飞行的。
别指望自动驾驶仪会带你飞到目的地。
如果你在任何时候都知道自己的位置，就算自动
驾驶仪出了问题，你也可以轻松的接手控制飞机。
∙监控打开的自动驾驶仪功能。
可以自言自语，比如，“自动驾驶仪打开。
高度保持模式打开，将上升到平均海平面（Mean Sea Level）7000英尺。
航向保持模式打开，保持
航向260，空中交通管制（Air Traffic Control）分配截取西雅图（Seattle）VOR 290
航路。
∙确定自动驾驶仪的操作是你想要的。
如果某些地方看起来不对，或者自动驾驶仪故障，立即断开自动驾驶：点击自动驾驶开关或者按Z键。
注意这个操作并没有断开自动
油门控制，他们是两个相对独立的系统。
关闭自动油门控制：点击自动油门控制开
关或按组合键Shift+R。
∙监控引擎状态。
留一些注意力去检查引擎动力。
确定引擎的动力设置燃料的供应。
其他技巧
在使用自动驾驶仪时要几点是需要注意的，下面这些要时刻紧记：
∙在自动驾驶仪打开状态下，不要试图用控制杆来控制飞机。
比如如果高度保持模式打开，然后用控制杆来手动飞行，自动驾驶仪会自动反向调整升降舵（Trim）来抵消控
制杆的影响。
在现实飞行中会引发一些问题，特别当你在云层里飞行时。
当你断开自
动驾驶仪时，会发现机头会突然抬的很高或降的很低，并且飞机会难以控制；或者当
升降舵调节到达极限时，自动驾驶仪会自动断开。
有时也会出现这个情况，自动驾驶
仪打开，你松开控制杆去打开飞行地图，或是去调节无线电频率时，飞机会进入螺旋
（spiral）或失速(stall)或其他非预料的情况。