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的关系。自动驾驶仪是一种能够自动保
持或改变飞机运动状态的自动控制器，
其输入量与输出量之间的关系叫做自动
驾驶仪的控制规律。
4.1.2 角位移式自动驾驶仪的控制规律及
调节原理
目前角位移自动驾驶仪的控制规律可以分为比例式和
积分式两大类。
比例式控制规律指舵面偏转角与自动驾驶仪输入信号
(被控量的偏差)之间成比例关系；积分式控制规律是
指舵面偏转角与自动驾驶仪输入信号(被控量的偏差)
之间成积分关系，或舵面偏转角速度与自动驾驶仪输
入信号(被控量的偏差)之间成比例关系。
采用比例式控制规律构成的自动驾驶仪称做比例式自
动驾驶仪；采用积分式控制规律构成的自动驾驶仪称
做积分式自动驾驶仪。.
比例式自动驾驶仪又叫有差式自动驾驶仪；积分式自
动驾驶仪又叫无差式自动驾驶仪。
4.1 自动驾驶仪的工作原理
自动驾驶仪控制飞机有两种工作状态，一种是稳定状
态，另一种是操纵状态。所谓稳定状态，是指稳定给
定的基准状态，也就是稳定飞机沿三个轴的角运动，
其目的是使飞机的飞行尽量不受外界干扰的影响，自
动驾驶仪这时的作用是消除飞机相对给定基准的偏
离。所谓操纵状态是指外加一个控制信号去改变飞机
原基准状态的运动。控制信号相当于在原基准信号的
基础上再附加一个给定的增量信号，该信号可以来自
驾驶员在控制面板上的控制，也可以来自其他系统如
飞行管理计算机等。利用操纵状态就可以自动地控制
飞机按所期望的姿态飞行了。
4.1 自动驾驶仪的工作原理
本节将以角位移自动驾驶仪的俯仰通道为例说明姿态角俯仰控制系
统的原理。如图所示为俯仰角( )自动控制系统的方框图。其中
为垂直陀螺仪感受到的俯仰角信号输出电压
为控制电压， 和经综合解算后送到舵回路(其传递函数
为)。
其中各参数的含义如下：
为飞机俯仰角变化量；
为垂直陀螺感受到飞机俯仰角变化后的输出电压；
为垂直陀螺感受到的单位姿态角变化对应的输出电压值；
为实现飞机操纵状态的给定电压值。
U K 1 *
U
g U
G (s)
U
U
1 K
g U
4.1 自动驾驶仪的工作原理
4.1 自动驾驶仪的工作原理
1．比例式自动驾驶仪的控制规律
忽略舵回路的惯性，则其传递函数近似为比例环节，那
么，不难得出升降舵的舵偏角的增量：
其中
由此可见，升降舵的舵偏角增量与俯仰角偏差成比例关系。
具有这种控制律的姿态角自动控制器称为比例式自动驾驶仪。又因
为这种比例关系完全靠舵回路的位置反馈来实现的，而位置反馈又
称硬反馈，所以比例式自动驾驶仪也称“硬反馈式自动驾驶仪”。
G (s) K
1 * ( ) ( ) e g g g K U U K K K U L
1
1
g ,
g
U
L K K
K
( ) g
4.1 自动驾驶仪的工作原理
稳定状态下工作原理分析如下：
设飞机以一定速度等速水平直线飞行，飞机的升力和
重力保持平衡，初始迎角和俯仰角相同。如果受到某
一干扰后(如抬头)，出现俯仰角偏差， 为
初始俯仰角。感受飞机姿态的垂直陀螺仪或惯性基准
系统检测出俯仰角增量，并输出与其成比例的电
压信号，经综合装置加到舵回路的输入信号
为。舵回路输出将驱动升降舵向下偏转即>0，
由升降舵向下偏转产生气动力矩使飞机低头， 角逐渐
减小。适当选择可以保证趋于零时，
也趋于0，保证飞机继续进行水平飞行，其修正过程如
下图所示。
0 0 0
1 U K *
u e
1 L K K e
4.1 自动驾驶仪的工作原理
4.1 自动驾驶仪的工作原理
g
g 1 g U K
e
操纵状态下作用原理为：
在水平飞行过程中，若想改变飞机的姿态使其保持一个新的俯仰
角飞行时，驾驶员通过操纵输人装置，外加控制信号>0，则有
输入信号经综合放大送到舵回路，舵回路在此输入信
号的作用下控制升降舵向上偏转，即<O，从而产生抬头力矩，
俯仰角增大。垂直陀螺或惯性基准系统感受到俯仰角的逐渐增
大，并送出一负反馈信号逐渐与控制信号相平衡。通过
适当选取参数，可以使得当飞机的俯仰角变化量理想俯
仰角变化量时，舵回路的输入信舵偏角量
,飞机将保持在新的姿态角上，其控制过程如下图所示。
1 U K
L
g U 0
0 e
4.1 自动驾驶仪的工作原理
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自动飞行控制系统(2)
