自动飞行控制系统(3)

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4.1 自动驾驶仪的工作原理
 需要指出的是，对于比例式自动驾驶仪，当存在常值干
扰力矩Mf(趋向于使飞机抬头或低头)时，飞机在自动驾
驶仪控制下进人稳定状态后，必然存在一个升降舵的舵
偏角增量。以抵消Mf的影响，而此时不能
为零，以产生升降舵的舵偏角增量。这就是所谓的稳
态误差，不难得出：

 对于比例式自动驾驶仪与飞机构成的系统，用自动控制
理论描述时属于零型系统。零型系统必存在常值干扰下
的稳态误差。
e g U U     
e 
e L      
4.1 自动驾驶仪的工作原理
 要想减小稳态误差，通过增大的方法可以实现，但飞
机修正时升降舵的偏转量也会随之增大，因而产生
较大的力矩作用到飞机上使其产生较大的俯仰角速度。
由于飞机的惯性较大，尽管当时， 即舵偏
角回到零位，但飞机此时的俯仰角速率并不为零，以至
于向相反方向俯仰从而产生振荡。要想减小振荡，必须
引人反馈信号，即飞机俯仰角变化率，增大阻尼。
L
e
0 e   0 e  
.

0
f
g
m e
M
Q sb C L
 

   

4.1 自动驾驶仪的工作原理
 2．带有一阶微分环节的比例式自动驾驶仪控制规律
由自动控制原理中的测速反馈的概念可知，如果适当地在控制信号中引入系
统输出量的变化率信号，就可以增大系统的阻尼，减小响应的超调量。所以
在上述比例式自动驾驶仪的基础上，如果引入俯仰角速率负反馈信号，就可
以产生附加舵偏角，形成与俯仰角速率反向的附加操纵力矩，对飞机的姿态
运动起阻尼作用，防止振荡，这就构成了带有一阶微分环节的比例式自动驾
驶仪。
 与此相应的控制律为：

 式中： ——升降舵的舵偏角增量；
 ——俯仰角增量；
 ——俯仰角速率；
 和——分别为传递系数。
由控制原理可知，这是一个典型的PD控制。
.
.
( ) e g L L 

          
e 


.

L . L

4.1 自动驾驶仪的工作原理

4.1 自动驾驶仪的工作原理
 上图所示分别为无测速反馈和有测速反馈时俯仰角随时间的变
化规律，引入速率反馈信号后所产生的阻尼效果是显而易见
的。在图4．1—10中根据的变化规律可画出的变化规
律，再根据控制律可画出相应舵偏角曲线
。仔细对图加以分析可
知，在由正值减小的过程中， 为负值，所产生的舵偏角也
是负值，因而在仍为正值的t1时刻舵就已提前回到了基准位
置，即=0；而当=0的t2对刻， 为负值，产生抬头力
矩，防止飞机俯冲，这就是所谓的人工阻尼。在自动驾驶仪中
速率信号由角速率陀螺仪给出，是微分信号，也就是自动控制
理论中所谓的测速反馈，其作用会使舵偏转信号的相位超前于
位置信号，因而速率信号的作用叫做“提前反舵”，反映了
飞行控制系统中引入俯仰速率信号的物理本质。
 . 
.
.
1 2 ( ) e g e e L L 

                

.

e 


e 


4.1 自动驾驶仪的工作原理
 进一步分析控制规律表达式
 我们不难发现，它不仅表达了舵偏角与飞机角运动参数之间的数量
关系，同时还表达了它们之间的方向关系，表达了控制规律中各项
的作用。例如，当某种原因使俯仰角大于基准值而出现偏差时
 >0，根据控制规律应为正，舵面下偏，产生低头力
矩，使回到零；在回零的过程中，飞机具有下俯角速度，
 为负，根据控制规律，它引起应为负值，舵面上偏，产生
抬头力矩，该力矩与角速度方向相反，增加了飞机的阻尼。可见在
该控制规律中的第一项内容作用是用于产生控制力矩,纠正
俯仰角的偏离，第二项内容作用是用以增加飞机的阻尼,减弱
振荡。
 比例式自动驾驶仪虽然引人了速度反馈，增大了阻尼，但当受到常
值干扰时，仍存在误差，我们称其为稳态误差。
.
.
( ) e g L L 

          
( ) g    e1 
.
 e2 
L 
.
.
L

 
( ) g   
4.1 自动驾驶仪的工作原理
 3．积分式自动驾驶仪的控制规律(注意它的反馈形式)
4.1 自动驾驶仪的工作原理
 舵回路采用舵面位置反馈(又称硬反馈)时，在常值干
　
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