飞机主动驾驶杆机械结构与控制方案研究

论文摘要

人感系统是飞机操纵系统的重要组成部分,是影响飞机操作性能的主要因素。如何提高人感系统的性能,进而改善飞机的操作品质,已成为飞行控制方面一个主要的研究方向。基于主动控制技术的主动驾驶杆,由于与飞行参数紧密相关,因此操作品质较好,是当前人感系统研究的热点之一。本文围绕主动驾驶杆系统的研制进行了系统化的研究工作。本文首先总体上研究了主动驾驶杆的系统方案,并就系统的功能完善、工程实现、系统可靠性的提高和系统操作性的改善等方面展开研究。在目前的电传操纵系统中,普遍采用被动驾驶杆系统。为了克服被动驾驶杆系统与飞行参数脱离的缺点和保证飞机的飞行安全,本文提出了“以主动驾驶杆系统为主,被动驾驶杆系统为辅”的双系统结构,以提高系统的可靠性。为了尽快地实现系统的工程应用,本文就如何缩小系统体积展开了具体的研究。在对常用传动方案的分析与讨论的基础上,提出了基于齿轮的机械传动结构;并利用UG NX3.0软件对该结构进行三维建模,通过模型分析验证了该机械结构的可行性。在系统机械结构可行性分析的基础上,本文基于轴角检测对力矩电机的控制展开研究。为了最大限度地消除噪声对信号的干扰,本文对信号的采集与处理进行了深入的分析,从软件和硬件两个角度进行设计,以保证系统控制的准确性。同时结合模糊控制和PID控制两种算法,设计出模糊PID复合控制器,以保证系统控制的实时性。通过对系统机械结构、三维模型、硬件电路和软件控制的研究,最终加工、装配出主动驾驶杆系统的机械结构实体,设计出系统控制PCB板,为样机的进一步研制奠定了基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的背景与意义
• 1.2 飞机操纵系统的发展历程
• 1.3 驾驶杆系统的发展与现状
• 1.4 课题研究内容及论文结构编排
• 第二章 驾驶杆系统总体方案研究
• 2.1 引言
• 2.2 驾驶杆系统类型分析
• 2.3 驾驶杆系统功能要求
• 2.4 驾驶杆系统方案研究与设计
• 2.4.1 基于力矩电机的杆力实现方案
• 2.4.2 驾驶杆控制方案设计
• 2.5 本章小结
• 第三章 驾驶杆系统机械结构方案研究
• 3.1 引言
• 3.2 基于内外框架的主动式驾驶杆系统方案研究
• 3.2.1 基于万向节的方案研究
• 3.2.2 基于铰链四杆机构的方案研究
• 3.2.3 传动方案的分析与优化
• 3.3 被动式工作方式的实现研究
• 3.4 中立位和启动力的研究
• 3.5 基于UG 的三维建模与装配设计
• 3.5.1 三维建模
• 3.5.2 装配设计
• 3.6 本章小结
• 第四章 驾驶杆系统机械结构力学分析
• 4.1 引言
• 4.2 传动比的计算分析
• 4.3 齿轮强度校核计算
• 4.4 轴强度校核分析
• 4.5 轴承强度校核分析
• 4.6 本章小结
• 第五章 基于轴角的力矩电机控制研究
• 5.1 引言
• 5.2 系统控制方案研究
• 5.3 轴角信号的检测与信号处理
• 5.3.1 轴角检测传感器的选择与安装
• 5.3.2 轴角检测传感器信号处理
• 5.4 力矩电机的驱动电路设计与实现
• 5.5 基于模糊PID 的力矩电机控制算法研究
• 5.5.1 模糊控制器的设计
• 5.5.2 PID 控制器的设计
• 5.5.3 力矩电机模糊PID 控制
• 5.6 系统程序设计与实现
• 5.7 本章小结
• 第六章 全文总结与展望
• 6.1 全文主要工作总结
• 6.2 后续研究工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文