【正文】 Nd ?2113 側(cè)滑角 —方向舵反饋的根軌跡 ? 荷蘭滾模態(tài)和滾轉(zhuǎn)收斂模態(tài)特性都得以改善； ? 螺旋模態(tài)穩(wěn)定性降低； ? 加入 反饋可以使系統(tǒng)穩(wěn)定性進(jìn)一步增加。 I mR eRT1?ST1?),(dd??11bT?21bT?31bT?b?114 橫航向反饋控制比較 反饋參數(shù) 控制面 荷蘭滾阻尼比 荷蘭滾頻率 滾轉(zhuǎn)收斂模態(tài) 螺旋模態(tài) 滾轉(zhuǎn)角 副翼 ? ? 滾轉(zhuǎn)角＋滾轉(zhuǎn)角速率 ? ? 側(cè)滑角 ? ? ? 偏航角速率 偏航角 ? ? ? 偏航角 方向舵 ? ? ? 偏航角速率 ? ? ? 側(cè)滑角 ? ? ? 115 常采用的橫航向反饋控制 ? 滾轉(zhuǎn)收斂： ? 滾轉(zhuǎn)角速率－ 副翼 ? 橫向靜穩(wěn)定性： ? 側(cè)滑角 (側(cè)向過載 )－ 副翼 ? 荷蘭滾頻率： ? 側(cè)滑角 (側(cè)向過載 ) － 方向舵 ? 荷蘭滾阻尼： ? 偏航角速率－ 方向舵 ? 同時引入微分信號增加零點可以進(jìn)一步改善模態(tài)特性 滾轉(zhuǎn)阻尼器 航向穩(wěn)定器 偏航阻尼器 人機(jī)閉環(huán)系統(tǒng)分析 117 駕駛員控制飛機(jī)的控制框圖 操 縱 系 統(tǒng) 飛 機(jī)操 縱 面偏 角 δ操 縱 力 P 運 動 參 數(shù)操 縱 系 統(tǒng) 飛 機(jī)0?駕 駛 員?z?zP開環(huán) 閉環(huán) 118 駕駛員控制任務(wù)的分類 ?補(bǔ)償控制 ?追蹤控制 ?預(yù)先顯示控制 ?預(yù)先認(rèn)知控制 119 補(bǔ)償控制／追蹤控制 W P W Cyuer eW P r W CyurW P yyr120 預(yù)先顯示控制／預(yù)先認(rèn)知控制 W P W Cyu未 來 一 段 時 間內(nèi) r ( t ) 的 采 樣yt 現(xiàn) 在rW P W Cyu輸 入 量 的統(tǒng) 計 特 性r yr121 駕駛員的數(shù)學(xué)模型 ?t駕駛員的反應(yīng)時間： t ； ?TN駕駛員肌肉系統(tǒng)的遲滯； ?Kp駕駛員增益； ?TL、 TI駕駛員平衡特性的時間常數(shù)； )1)(1()1()(???? ?STSTSTeKSYINLSppt122 駕駛員數(shù)學(xué)模型的建立 人 工 地 平 線（ 補(bǔ) 償 顯 示 ）飛 機(jī)駕 駛 員和 駕 駛 桿俯 仰 姿態(tài) 誤 差 俯 仰 姿 態(tài)紊 流 大 氣 擾 動123 駕駛員控制飛機(jī)的滾轉(zhuǎn)角和俯仰角 ?TI＝ 0； ?假設(shè)肌肉神經(jīng)的延遲 TN已包含在駕駛員反應(yīng)時間 t內(nèi)； ? SSeeeSSSttttt2112112121??????)1()211()211()( ???? STSSKSY Lpptt124 駕駛員控制滾轉(zhuǎn)角 Y p ( S ) G f ? a ( S )f c－f e ? a f)()1()(pRaLSSLSTSASG aa ???? ?ff? ?)(1)(?? SSSG a ?f?125 理想駕駛員根軌跡 1 4 1 2 1 0 8 6 4 2 06420246R o o t L o cu sR e a l A xi sImag Axist=0 TL=0 Yp＝ Kp 效果與滾轉(zhuǎn)角 —副翼反饋相同 126 快速駕駛員根軌跡 1 t= TL=0 3 0 2 0 1 0 0 10 20 30 40 50 4 0 3 0 2 0 1 0010203040R o o t L o cu sR e a l A xi sImag Axis127 快速駕駛員根軌跡 2 t= TL= 3 0 2 0 1 0 0 10 20 30 40 50 4 0 3 0 2 0 1 0010203040R o o t L o cu sR e a l A xi sImag Axis128 快速駕駛員根軌跡 3 t= TL= 3 0 2 0 1 0 0 10 20 30 40 50 4 0 3 0 2 0 1 0010203040R o o t L o cu sR e a l A xi sImag Axis129 快速駕駛員不同超前量的比較 1 t= TL=0 TL= TL= 130 快速駕駛員不同超前量的比較 2 /S1 ?j螺 旋滾 轉(zhuǎn)）/S1( ?快 速 的 駕 駛 員?tTL= 00 5 1 0 1 5 2 0?? 2 0TL= 0TL= 0 . 1TL= 0 . 2 5TL= 0 . 1TL= 0 . 2 551 01 . 02 . 01 01 . 00 . 10 . 20 . 5KpKpKp駕 駛 員駕 駛 員駕 駛 員131 結(jié)論 ? 當(dāng) t＝ ， TL＝ 0時，增加 Kp將產(chǎn)生滾轉(zhuǎn) —螺旋耦合而發(fā)散； ? 當(dāng) t＝ ， TL＝ ，即駕駛員加入補(bǔ)償，系統(tǒng)穩(wěn)定性得以改善； ? 當(dāng) t＝ ， TL＝ ，即駕駛員加入更多的補(bǔ)償，系統(tǒng)穩(wěn)定性得以進(jìn)一步改善。 132 慢速駕駛員根軌跡 1 t= TL=0 3 0 2 0 1 0 0 10 20 30 40 50 4 0 3 0 2 0 1 0010203040R o o t L o cu sR e a l A xi sImag Axis133 慢速駕駛員根軌跡 2 0 5 1 0 1 5/S1 ?j螺 旋滾 轉(zhuǎn)）/S1( ?Kp0 . 10 . 35 . 0駕 駛 員駕 駛 員遲 鈍 的 駕 駛 員t = 0 . 5 S( 無 超 前 )134 不同駕駛員的時間歷程 S t e p R e s p o n s eT i m e ( s e c)Amplitude0 0 . 5 1 1 . 5 2 2 . 5 3 3 . 5 4 4 . 5 5 0 . 200 . 20 . 40 . 60 . 811 . 2S t e p R e s p o n s eT i m e ( s e c)Amplitude0 0 . 5 1 1 . 5 2 2 . 5 3 3 . 5 4 4 . 5 0 . 200 . 20 . 40 . 60 . 811 . 2135 駕駛員控制俯仰角 Y p ( S ) G ? ? e ( S )? c－? e ? e ?)(219)()(2 ?????SSSSSGe ???136 理想駕駛員根軌跡 1 1 5 1 0 5 0 5 1 086420246810R o o t L o cu sR e a l A xi sImag Axist=0 TL=0 137 理想駕駛員根軌跡 2 1 5 1 0 5 0 5 1 086420246810R o o t L o cu sR e a l A xi sImag Axist=0 TL= 138 理想駕駛員根軌跡 3 1 5 1 0 5 0 5 1 086420246810R o o t L o cu sR e a l A xi sImag Axist=0 TL= 139 理想駕駛員不同超前量的比較 140 結(jié)論 ? 當(dāng) t＝ 0， TL＝ 0時，相當(dāng)于俯仰角－ 平尾反饋，減小了短周期阻尼； ? 當(dāng) t＝ 0， TL＝ ，即駕駛員加入不大的補(bǔ)償，短周期阻尼得以改善； ? 當(dāng) t＝ 0， TL＝ ，系統(tǒng)變得更加穩(wěn)定，但要求駕駛員付出更多代價。 141 快速駕駛員根軌跡 1 t= TL=0 5 0 4 0 3 0 2 0 1 0 0 10 20 30 40 50 1 5 1 05051015R o o t L o cu sR e a l A xi sImag Axis142 快速駕駛員根軌跡 2 t= TL= 5 0 4 0 3 0 2 0 1 0 0 10 20 30 40 50 3 0 2 0 1 00102030R o o t L o cu sR e a l A xi sImag Axis143 快速駕駛員根軌跡 3 t= TL= 5 0 4 0 3 0 2 0 1 0 0 10 20 30 40 50 3 0 2 0 1 00102030R o o t L o cu sR e a l A xi sImag Axis144 快速駕駛員不同超前量的比較 ? 當(dāng) t＝ ， TL＝ 0時， Kp增加容易使短周期變的不穩(wěn)定； ? 當(dāng) t＝ ， TL＝ TL＝ ，穩(wěn)定性變得更差； ? 穿過虛軸點的 Kp值隨 TL增加而減小。 145 不同 t的駕駛員的根軌跡的比較 1 TL＝ 0，對應(yīng)于不加入超前補(bǔ)償?shù)那闆r，越遲鈍的駕駛員，越不易控制飛機(jī)；駕駛員越用力（ Kp越大），飛機(jī)越不穩(wěn)定。 146 不同 t的駕駛員的根軌跡的比較 2 加入相同的超前補(bǔ)償：反應(yīng)遲鈍的駕駛員即使采用了超前補(bǔ)償也無法使系統(tǒng)變得更加穩(wěn)定。 147 俯仰角控制中駕駛員對飛行品質(zhì)的評價 ?駕駛員的平衡特性； ?開環(huán)相位余量； ?開環(huán)貫穿頻率； ?閉環(huán)頻率特性偏差； ?閉環(huán)短周期阻尼比。 148 駕駛員的平衡特性 ? 駕駛員希望不需要超前或滯后補(bǔ)償?shù)娘w機(jī)，且 Kp的大小合適； ? 通常情況下，如果駕駛員的超前補(bǔ)償超過 1秒，則評分下降 。 1 優(yōu)異 無需補(bǔ)償 6 很差但容許的缺陷 廣泛補(bǔ)償 2 微不足道的缺陷 無需補(bǔ)償 7 較大缺陷 最大可允許補(bǔ)償 3 輕度不愉快的缺陷 極小補(bǔ)償 8 較大缺陷 相當(dāng)大的補(bǔ)償 4 較小不快的缺陷 中度補(bǔ)償 9 較大缺陷 激烈的補(bǔ)償 5 中等缺陷 相當(dāng)大補(bǔ)償 10 重大缺陷 失去部分操縱 149 開環(huán)相位余量 fM ?開環(huán)幅頻特性曲線與橫軸相交對應(yīng)的頻率下，相頻特性離開 180?的相位。 ?通常駕駛員希望fM＝ 50 ? ～ 110 ? ?2 0 l o g1 0M?f ( d e g ) 1 8 0fM150 開環(huán)相位余量 fM 對于單位負(fù)反饋系統(tǒng)： )(1)()(SGSGSW??如果系統(tǒng)有純虛根 j?，則 1＋ G(j?)＝ 0， G(j?)=－ 1 （模為 1，相位－ 180?） 此時閉環(huán)系統(tǒng)處于中立穩(wěn)定狀態(tài)（穩(wěn)定性邊界） 因此，閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性可用開環(huán)系統(tǒng)頻率特性中模為 1（ 20log101＝ 0）處距－ 180的距離來衡量，稱為相位余量。 I mR e151 開環(huán)貫穿頻率 ?co ? 開環(huán)對數(shù)幅頻特性曲線與橫坐標(biāo)相交點（或?qū)?shù)幅頻特性－ 3dB處）對應(yīng)的頻率； ?2 0 l o g 1 0 M? c o? 從 ?＝ 0到 ?＝ ?co稱為系統(tǒng)帶寬； ? 在 ?co處，系統(tǒng)強(qiáng)迫振蕩的幅值為 1； ? 在帶寬范圍內(nèi)，駕駛員可以對飛機(jī)進(jìn)行有效控制 。 ? 通常，駕駛員希望?co1 rad/sec。 152 閉環(huán)頻率特性偏差 ? ?帶寬范圍內(nèi)的幅值下陷； ?通常為保證駕駛員能夠完成閉環(huán)操