飛行控制原理大作業(yè)

1、綜合設(shè)計1：針對所給出的飛機(jī)縱向簡化運(yùn)動模型，設(shè)計縱向增穩(wěn)控制系統(tǒng)，給出系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)，并對增加控制系統(tǒng)前后的縱向品質(zhì)特性進(jìn)行對比分析，并通過仿真驗證階躍和脈沖操縱輸入響應(yīng)。1縱向方程Vq-0.020244-0.8761-2.5373E-4-1.0189-0.32169-0.650200.90484007.9472E-11-2.4982010-1.3861Vq+01.22-4.132060-0.14325000eT2縱向模態(tài)分析2.1 飛行品質(zhì)要求根據(jù)品質(zhì)規(guī)范GJB 185-86 有人駕駛飛機(jī)（固定翼）飛行品質(zhì)的要求：根據(jù)飛行品質(zhì)要求對短周期的指標(biāo)進(jìn)行限定，要求如表2.2：spnsp （rad/

2、s）p 0.3 , 2 1.5 , 10>0.04表2.1 長短周期模態(tài)參數(shù)范圍2.2 初始特征根特征值阻尼比自然頻率短周期-1.2025±1.4921i0.62751.916長周期-0.0033，-0.01701.35530.007489表2.1 縱向特征值由特征值可以看到，不論是短周期還是長周期，都是具有負(fù)實部的特征根，因而短周期和長周期都是穩(wěn)定收斂的，并且滿足前述飛行品質(zhì)要求。2.3 穩(wěn)定性分析根據(jù)所得到的4個具有負(fù)實部的特征值知，該系統(tǒng)為穩(wěn)定的。現(xiàn)根據(jù)系統(tǒng)根軌跡來判斷其穩(wěn)定性。以速度升降舵?zhèn)鬟f函數(shù)為例：上圖為其開環(huán)傳遞函數(shù)根軌跡圖。由圖可以看出，所有四個極點均位于縱軸的

3、左側(cè)區(qū)域，說明該系統(tǒng)確實穩(wěn)定。2.3系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖圖示為方向舵變化脈沖輸入、油門變化零輸入時的仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。3仿真驗證3.1升降舵階躍響應(yīng)曲線狀態(tài)及輸出量相對于升降舵通道的階躍寬度為1s，幅值1的響應(yīng)曲線如下。從圖中可以看出在階躍信號作用下，各輸出變量一開始均有一個階躍值，隨著時間的增加，各個輸出量逐漸趨于穩(wěn)定狀態(tài)。飛機(jī)縱向運(yùn)動短周期和長周期均是穩(wěn)定的。3.2升降舵脈沖響應(yīng)曲線狀態(tài)及輸出量相對于升降舵通道的脈沖寬度為1s，幅值1的響應(yīng)曲線如下。綜合設(shè)計2：利用上述運(yùn)動模型，設(shè)計自動導(dǎo)航控制系統(tǒng)，實現(xiàn)下列自動飛行過程：自高度3000m，速度600km/h開始，以不小于-10deg的航跡俯仰角俯沖

4、增速，在500m高度拉起并完成1個筋斗，之后恢復(fù)3000m高度、600km/h速度的飛行狀態(tài)，控制策略自行設(shè)計。1自動導(dǎo)航控制系統(tǒng)設(shè)計：零輸入時，自動導(dǎo)航控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖1.1高度穩(wěn)定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖圖示為根據(jù)運(yùn)動學(xué)方程h=V0sin0+V0cos0+sin0V可畫出定高系統(tǒng)的運(yùn)動環(huán)節(jié)，如圖。由于是縱向運(yùn)動，因而在考慮初始運(yùn)動條件時，可認(rèn)為0=0，故將前述定高系統(tǒng)簡化為圖示情況。1.2 X、Y坐標(biāo)即航跡輸出結(jié)構(gòu)其中Y方向坐標(biāo)可視為高度的變化，因為可以用定高系統(tǒng)H來表示航跡Y方向坐標(biāo)。而X方向坐標(biāo)則需要根據(jù)機(jī)體坐標(biāo)軸系中建立的飛行器動力學(xué)方程來確定：xg=Vcoscosyg=Vcossinh=Vsi

5、n同理，由于只考慮縱向，因而=0。將上述各式帶入simulink中，再加入積分環(huán)節(jié)，就可以得到航跡X的坐標(biāo)。1.3 自動導(dǎo)航控制系統(tǒng)設(shè)計由于要控制飛行器做自高度3000m，速度600km/h俯沖并拉起完成筋斗的運(yùn)動，這里采用過載反饋的形式進(jìn)行控制。首先求得過載的變化量對升降舵通道的傳遞函數(shù)，在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下，選擇合適的k值，建立反饋回路，達(dá)到自動控制的目的。傳遞函數(shù)如下：nze= 0.1432 s3 + 0.3474 s2 - 9.79 s - 0.1983s4 + 2.425 s3 + 3.721 s2 + 0.0745 s + 0.0002其根軌跡如圖：由上圖看到，有1各零點位于右半片面，K值得選取則必須保證系統(tǒng)穩(wěn)定，K值得選取如下圖：反饋結(jié)構(gòu)圖如下：2仿真實驗結(jié)果：飛行過程垂直航跡高度變化曲線下圖依次為飛行過程的速度、迎角、俯仰角、過載、俯仰速率、航跡俯仰角曲線。結(jié)果分析：由于控制策略選擇的不夠理想，導(dǎo)致仿真模擬出的航跡曲線不夠完美，能基本滿足題目要求。根據(jù)前面的分析，可以看到該系統(tǒng)具有短周期收斂迅速，長周期收斂遲緩的特點。若能改善長周期阻尼比特性，加快收斂速度，使系統(tǒng)更快進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)，則更加完美。心得體會：由于是縱向系統(tǒng)并且穩(wěn)定，致使設(shè)計過程大大簡化。但在設(shè)計過程中，仍然遇到不少困難。對課本知識的理解不