第3章飞行推力综合控制(2)

3.4.2 油门中引入法向加速度信息 az

W 为进一步改善 (s)的动态响应品质，增加阻尼，需在迎角恒定

的动力补偿（

APCS| 0）中引入法向加速度信息 az,使油门具有如

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下控制律

kazk k I1

T(s) [( ) az] (3.20)

T s 1T s 1sTazs 1

为证明 az信息阻尼长周期运动效果，作出如图3.6所示的结构图(作等迎角假设)。长周期运动近似模态为：

g

s Xus UZu 0 (3.21)

2

TW a由图3.6可知，z引入油门所构成的 (s)反馈相当于增加气动导

z

数

Xu，从而使飞机具有阻尼良好的长周期运动模态

g2 T

s [X XW(s)Z]s Zu 0 (3.22) u T zu

U0

W此时， (s)将具有如图3.5曲线4所示的动态过程。

图3.6 az对阻尼长周期运动的原理

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下面由不作简化处理的飞机全面运动增量运动方程

s Xu

Zu Mu

Xws Zw Mw

u Xw

U0s w Z e

2

s Mqs M e

gX T

e Z T (3.23) T M T

, az U0 W U0 (3.24)

证明 az引入油门对阻尼长周期运动的效果。作出如图3.7(a)所示的结构图。图中各传递函数由式（3.23）（3.24）给出。 1为仅在 e作用下而无油门干预时姿态变化， 2 为在 e作用下，由于出现 az而引起的姿态变化。数字仿真表明， 2(t)与 1(t)相位相反（见图3.7(b)），体现了 az阻尼长周期运动的效果。

(a)

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(b)

图3.7 az引入油门阻尼长周期运动仿真验证

3.4.3 油门中引入舵的偏转信息 e

在油门中引入舵的偏转信息 e，此时的飞行姿态控制如图3.8所示，

图3.8含飞行推力控制的姿态系统

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在轨迹机动时，舵的偏转使姿态发生变化。但舵的作用也导致速度

u

GG(s)与迎角的偏离，体现为传递函数 e及 e(s)。为适当抑制舵对飞

行速度与迎角的影响，其有效途径是将舵信息 e引入油门（参见图3.8）。

为了改变自然飞机的上述不良后果，将迎角信息 、法向加速度信息 az、舵的偏转信息 e引入油门，调节推力 T，改变速度，使迎角保持恒定不变，使 准确迅速地跟踪姿态命令 c。这就是所谓的迎角恒定的飞行/推力系统。 最终的油门控制律为

kazk k i1

T(s) [( ) az k e e] (3.25)

T s 1T s 1sTazs 1

为验证舵信息引入油门的效果，应作出如图3.9（a）所示结构图，其中各传递函数由式（3.23）给出。图3.9（b）为数字仿真结果。其中u1(t)为仅在 e作用下的

u的变化； u(t)为舵信息引入油门对速度变

2

化的补偿作用。同样，舵信息引入油门形成的迎角变化 2(t)也相应地补偿了仅由舵引起的 1(t)，从而有效地抑制了由于机动舵偏角过大而引起的失速。

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(a)

(b)

图3.9 舵信息引入油门的补偿效果

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3.5 迎角恒定飞行/推力系统与速度恒定飞行/推力系统的关联

上节分析了速度恒定的动力补偿及迎角恒定的动力补偿控制律的构成，仿真表明保持迎角恒定的APCS0)的性能。现作如下证明：

W 在APCS中引入 信息后的 s 特性描述如下：

0，也兼有保持速度恒定(u＝

u Xuu Xww g X T T

Zuu Zww

U0U0 w U0 T Gww k I G k

w Gp

sT s 1 由(3.26)的第2式，可得：

ZuZw

U0su U0

sw 将它代入(3.26)第3式，最终可得：

w U0 s Zuu

s Zw

由(3.26)第1式可得：

s Xu u Xw X TGw w g 将（3.28）式代入（3.29）式可得：

(3.26) (3.27)

(3.28) (3.29)

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U0 s Zuu

g (3.30) s Xu u Xw X TGww

s Zw

由此可得如下传递函数：

Xw X TGw U0s g s Zw u s

ss Xus Zw Xw X TGwZu (3.31)

将Gw表达式代入上式，最终可得：

u s s

Xs Ts 1 X

w

T

Gp k T s k k Is U0s g s Zw s T s 1

sT s 1s Xus Zw XwsT s 1 X TGpk T s k k IsZu

由上式可知，u对 的稳态响应

lim

s 0

u s s 0 (3.33)

结论：由于在APCS 中引入了 的积分信息， 可精确地跟踪 ，使 ＝0，在此过程中，可保持u＝0。 图3.10为该特性的仿真证明。

图3.10 具有APCS 动力补偿系统的飞控特性

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3.6 两种改进型迎角恒定的飞行/推力综合控制

在式（3.25）所示的控制律中，将

s

使

信息引入油门，控制推力 T,

跟踪 的性

0，系统的响应速度不甚快，为进一步改善

能，本节提出一种对控制律进行改进的动力补偿系统，其设计思想是在

APCS| 0中引入 信息，补偿由 g造成的静差，代替引入油门的

迎角积分信号，以达到消除静差及加快动态过程的目的。其控制律为：

kazk 1

T(s) [ az k e e k ]

T s 1T s 1Tazs 1

由于 对 c的响应存在一定的过渡过程，因此第二种改进型控制律为将 c直接引入油门，增加油门响应的速度，且可不从陀螺仪中取 信息，增加了系统的可靠性，消除了噪声，其控制律如下：

kazk 1

T(s) [ az k e e k c c]

T s 1T s 1Tazs 1

图3.11为不同结构配置的APCS， 对 的响应特性。由图可知，不同的APCS稳态值相同，而改进型的APCS其动态过程已加快。

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(deg

图3.11 具有不同APCS的 c 的阶跃响应

3.7 迎角恒定的飞行/推力系统参数设计

本文对APCS控制律参数的设计方法进行了研究，提出了采用多变量寻优方法，进行控制律参数设计, 仿真表明可得到良好效果。 应用随机射线法，其基本途径是：从给定的初始点O出发，随机地选取一个试探点进行,若失败，则回到原点再试探。本节以图3.12所示

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图3.12 带有APCS的姿态控制系统结构图

1、按 对 最优时域响应要求设计G1、G2、G3

APCS 中含 ，az信息时的W (s)可由如下方程描述：

Xuu Xww g X T T u ZuZw u w

UoUo

az Uo w Uo （3.36）

T Gp G1 G2 G3 az

kak Ik

式中 G1 ，G2 ，G3 Ts 1

T s 1sa

zz

对W (s)阶跃响应特别进行关注，取目标函数：

tf

J te(t)

to

3/2

dt (3.37)

其中e(t)＝ (t)－ (t)＝ …… 此处隐藏：1815字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……