【正文】 ? 通常，駕駛員希望?co1 rad/sec。 ?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(duì)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(shí)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(lái)衡量，稱為相位余量。 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(guò) 1秒，則評(píng)分下降 。 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(wú)法使系統(tǒng)變得更加穩(wěn)定。 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(shí)， 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(guò)虛軸點(diǎn)的 Kp值隨 TL增加而減小。 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(guò)載 )－ 副翼 ? 荷蘭滾頻率： ? 側(cè)滑角 (側(cè)向過(guò)載 ) － 方向舵 ? 荷蘭滾阻尼： ? 偏航角速率－ 方向舵 ? 同時(shí)引入微分信號(hào)增加零點(diǎn)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(yùn) 動(dòng) 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(lái) 一 段 時(shí) 間內(nèi) r ( t ) 的 采 樣yt 現(xiàn) 在rW P W Cyu輸 入 量 的統(tǒng) 計(jì) 特 性r yr121 駕駛員的數(shù)學(xué)模型 ?t駕駛員的反應(yīng)時(shí)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(shí)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(dòng)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(shí)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(shí)，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。 112 側(cè)滑角 —方向舵反饋 ? 側(cè)滑角 —方向舵反饋，相當(dāng)于改善了航向靜穩(wěn)定性導(dǎo)數(shù)： ?Nb＝ ?N?rKb ? Nb增加相當(dāng)于增加了荷蘭滾模態(tài)的頻率。 ? 也稱為偏航阻尼器。 )()(20UgNNLNYprdd ?????bbb??107 偏航角 —副翼反饋 ?傳遞函數(shù)的建立 ?ff?? co s)co ss i n(co s1 rrq ?????? co s)()(SSrS ?)1)(1)(2()2)(1(c o s)(c o s)()(2222SRdddrrrraraTSTSSSSSSTSASSSrSGa????????????????????108 偏航角 —副翼反饋的根軌跡 I mR eRT1?ST1?),(dd??),(rr??rT1?109 偏航角 —方向舵反饋 )1)(1)(2()2)(1()(2222SRdddrrrrrrTSTSSSSSSTSASGr????????????????I mR eRT1?ST1?),(dd??),(rr??rT1?偏航角 —方向舵反饋對(duì)各個(gè)模態(tài)均不利，通常不單獨(dú)使用。 )(,)(00rrSRppR LNNLUgUgNNLL ?????bbbb ???偏航角速率－副翼產(chǎn)生的 ?Nr較小 。 ? 其中，以 ?Lr為主 。 ?同樣可以采用側(cè)向過(guò)載ay代替?zhèn)然?b反饋。 ??Nb的符號(hào)取決于 N?a（正常 N?a0,不利偏航）。 ? 其中，以 ?Lb為主，相當(dāng)于改善了橫向靜穩(wěn)定性導(dǎo)數(shù)。 當(dāng) TfTR，滾轉(zhuǎn)收斂模態(tài)的穩(wěn)定性變差，反饋系數(shù)過(guò)大時(shí)，會(huì)產(chǎn)生耦合振蕩，這是不希望得到的。 99 算例 —完整根軌跡 3 2 . 5 2 1 . 5 1 0 . 5 0 0 . 5 1 1 086420246810R o o t L o cu sR e a l A x i sImag Axis100 算例 —完整根軌跡 3 2 . 5 2 1 . 5 1 0 . 5 0 0 . 5 16420246R o o t L o cu sR e a l A x i sImag Axis101 滾轉(zhuǎn)角＋滾轉(zhuǎn)角速率反饋 由于單獨(dú)引入滾轉(zhuǎn)角反饋會(huì)使?jié)L轉(zhuǎn)收斂模態(tài)時(shí)間常數(shù)，因此可以考慮采用滾轉(zhuǎn)角＋滾轉(zhuǎn)角速率反饋加以改善，這相當(dāng)于在系統(tǒng)中加入－ 1/Tf的零點(diǎn)，通過(guò)調(diào)整 － 1/Tf與 － 1/TR的相對(duì)位置，可以獲得較好效果。 ? 通常飛機(jī)的螺旋模態(tài)時(shí)間常數(shù) TS非常大，則忽略 1/ TS。其目的是使飛機(jī)在控制滾轉(zhuǎn)角過(guò)程中，減小荷蘭滾模態(tài)的影響。 87 高度微分反饋的根軌跡 高度微分反饋由于沒有高度模態(tài)的影響，因此不存在航跡穩(wěn)定性問(wèn)題 I mR e),(spsp??),(pp??31HT?21HT?11HT?88 縱向反饋控制比較 短周期阻尼比 短周期頻率 長(zhǎng)周期阻尼比 長(zhǎng)周期頻率 俯仰角 ? ? 俯仰角速率 ? 俯仰角＋俯仰角速率 ? ? 速度反饋 ? 速度＋加速度反饋 ? ? 迎角反饋 ? ? 法向加速度／過(guò)載反饋 ? ? 高度反饋 高度微分反饋 89 常用反饋控制量 ?短周期： ? 頻率： a， nz ? 阻尼： q ?長(zhǎng)周期 ? ?， u ?調(diào)整反饋系數(shù) ?通過(guò)加入微分信號(hào)以增加零點(diǎn)。 00 )]()([1)()]()([)()()( USGSGSSSUSSSSHSGeeeeeH a???? ?a?? ?????86 高度反饋的根軌跡 I mR e),(spsp??),(pp??31HT?21HT?11HT?加入高度反饋后，高度模態(tài)的穩(wěn)定性取決于 TH