第四章自动驾驶仪及控制规律备课讲稿

• L2
L3/L2
UZON
U ••
微分器
放大器
K1
舵机
K2 T S 1
1/S
d e
操纵杆系
e
Kf
测速电机
直升机
G(S)
• • •
U Z O ( U N U • U • • U g ) L 1 ( g ) L 2 L 3
•
•
•
••
eL(g)L•L••
•
eL ( g)d tL • L ••
K3 B1S
STS1
直升机
Kf
K1
U Z0U 舵回路综合输入信号 操纵杆系假定为1时，通道传递函数为：
e e(s) K1K2/S(TS1)
UZ0U U(S) 1K1K2Kf /S(TS1) 1
TS2
K1K2 SK1K2Kf
T
Kf S2 1
S1
K1K2Kf
K1K2Kf
e
1 Kf
UZ0U
只要满足条件：
(1 K1K 2 K f )
T S 1 K1K 2 K f
T S 1
•
e
1 Kf
UZO N
e
1
1 Kf S
UZO
N
K1K2K
f
只要满足条件： K1K2Kf 1 K1K2Kf T 速度反馈，舵机的时间常数减少了1K1K2Kf 倍
➢综合信号由测量和设置得到
U ZO N L 1( g)
•
eL(g)
L L1 / K f 传 L• L2 / K f 动
L•• L3 / K f 比
一般形式积分式驾驶仪
给定装置 U g 测量元件 U 1
测量元件 U n
U ZON
放大器 舵机 d e 操纵杆系 e 速度反馈
直升机
•K 1f (u1u2... .u .n.ug)
三、比例加积分控制规律
Uzon
基本控制方案
UZ0U
K1
K2
d 自动倾斜器 e
S(T S1)
操纵杆
放大器忽略惯性，舵机简化为
Kf (S)
惯性积分环节 K 2
反馈元件
K f (S) 为舵回路反馈元件--位置反馈
S (T S 1)
K 1 放大器增益
K 2 舵机增益
g
K1 Ug U
U K2
U
Uf
T 舵机时间常数
e 纵向周期变距增量
主控信号：
L(g)
•
辅助信号： L •
一般形式比例式控制规律（控制性能改善）
给定装置
ug
测量元件 u1
测量元件 u 2
放大器 舵机
un
测量元件
位置反馈 直升机
K 1f (u1u2... .u .n.ug)
操纵杆系
A34 B型自动驾驶仪稳定状态控制规律
•
e
LL•
•
a
LL•
•
r
KK•
c KHH
自动驾驶仪的输入信号（综合信号）与舵机输出量（自动倾 斜器的偏转角度或角速度 ）之间的函数关系，称为自动驾 驶仪的控制规律。
控制律设计方法很多，对自动驾驶仪控制律设计而言可归纳 为两种基本类型：比例式、积分式。
一、比例式控制规律
➢ 舵机输出量（自动倾斜器的偏转角）在自动驾驶仪 控制下与各输入信号之和（综合信号）成正比，此类 控制规律称比例式控制规律。 ➢ 具有比例式控制规律的自动驾驶仪成为比例式驾驶 仪。
反馈信号与俯仰角偏差信号的差值，取决于自动倾斜 器的偏转角速度。
基本控制方案
Uzon L1
K1
K2 S(T S1)
操纵杆系 e
Kf S
L1
G(S)
积分式控制律舵回路反馈元件为测速反馈
传递函数
•
•
K1K2
e
U ZON
e(S)
U (S )
1
T S 1 K1K2K
f
T S 1
K1K2
K1K2
K1
K2
d
S(T S 1)
Kf TeS 1
Kf
1 •TeS1
(S) d
Uzon
Kf
TeS
T S2 1
S1
K1K2Kf
K1K2Kf
只要满足条件： K1K2Kf 1 K1K2Kf T
(s)1•TeS11 1
时间常数较大，几秒～十 几秒。操纵量由控制信号
Kf TeS Kf KfTeS 的比例加积分量决定。
K1K2Kf 1 K1K2Kf T
自动倾斜器偏转角与综合信号成正比关系，比例系数 是位置反馈系数的倒数。
比例式自动驾驶仪
g L1
Ug
L1 U
UZ0 U
K1
K2 d S(T S1)
自动倾斜器e
操纵杆
•
L2
U•
测量元件
Kf (S) 反馈元件
•
U Z0nL 0( g)L 2
G（S）
e K L 1 f( g ) K L 2 f • L ( g ) L • •
第四章自动驾驶仪及控制规律
二、基本职能
➢ 自动测量直升机的飞行状态参数。 ➢ 将所测结果与给定（初始）状态比较，求出偏差。 ➢ 将偏差信号转换成能推动自动倾斜器偏转的信号，操纵旋
翼锥体按一定的规律倾斜，使直升机控制到给定状态/恢 复到初始状态。
[例] 驾驶员操纵作等速水平飞行
第二节 基本控制规律
L L1/Kf
eL ( g)dt
自动倾斜器纵向偏转角与俯仰角偏差的积分成正比。
仅有角位置信号的积分式驾驶仪难以稳定工作。为 了改善其稳定性 ，在引入角位置主控信号外，一般 还引入一些辅助信号，如角速度、角加速度信号。
➢纵向通道积分式驾驶仪
g
给定装置 U g g
L1
垂直陀螺 U
L1
速度装置 U •
过程分析
➢ 仅有角位置信号的自动驾驶仪 eL ( g)
俯仰角控制静态情况
对于瞬时干扰，驾驶仪稳定俯仰角不存在原理静差， 但对常值干扰则存在静差，修正力矩与常值干扰力矩 平衡时：
mye差 jc与L成反比，要 求静差小时，L须选的大。
俯仰角控制动态过程
俯仰平衡条件 LpY w pw TxYTyX0
当干扰作用时，自动驾驶仪测得俯仰角，使自动倾斜器前倾。 Tx加大 TxY加大抑制上仰恢复到原状态。
操纵量与控制信号成比例，即为比例式驾驶仪。
二、积分式控制规律
➢舵机输出量（自动倾斜器的偏转角速度）在自动倾斜器 作用下与各输入信号对时间的积分之和（综合信号）成正 比，此类控制规律称为积分式控制规律。 ➢具有积分式控制规律的自动驾驶仪称为积分式驾驶仪。
反馈信号不是与自动倾斜器的偏转成正比，而是与其 偏转角速度成正比。测速电机输出与转子转速即自动 倾斜器的偏转速度成正比。
第三节 纵向角运动控制基本工作原理
自动驾驶仪控制纵向角运动--俯仰角自动稳定与操纵
一、比例式自动驾驶仪控制俯仰角
基本工作过程 e L ( g ) L pc
受扰动产生俯仰角变化，
e L产生抑制抬头力矩
Uf
U
U Uf 自动倾斜器前倾
电 位 计 动 态 过 程 忽 略 不 计
U Uf 停止前倾 U Uf 反向恢复