飞机模拟机自动驾驶仪系统控制规律的研究

论文摘要

飞机模拟机在飞行员训练和复训过程中占有非常重要的地位。目前,我国各个航空公司所用的飞机模拟机从国外进口的比例达到99%。随着我国航空事业的发展,研发国产飞机模拟机对我国航空事业的发展将有积极的促进作用。本着提高国内飞行模拟器的研制水平,推动航空事业发展的目的,我校在与哈尔滨工业大学合作研发六自由度平台成功的基础上,逐步开展了飞机模拟机各系统的研究工作,本课题的主要研究内容是飞机模拟机自动驾驶仪系统的控制规律。自动驾驶仪系统作为保证自动飞行技术的重要系统,在飞机模拟机中也占有非常重要的地位。它影响着飞机模拟机的逼真度、飞行性能等指标,是决定飞机模拟机等级的重要技术指标之一。本课题的目标主要针对大型民用客机设计出飞机模拟机的自动驾驶仪控制规律。首先,详细地分析了模拟机自动驾驶仪系统的组成、工作原理及在模拟机中与各个分系统之间的联系。然后参照GJB185-86《有人驾驶飞机（固定翼）飞行品质》的相关条款规定了飞机模拟机的飞行品质指标要求,而后对所模拟的飞机型号B737-300的自然飞机进行性能分析,为模拟机自动驾驶仪系统控制规律的设计打下基础。考虑大型民航客机的特殊要求,如安全第一位和控制系统稳定性、乘坐舒适性要求高等诸多因素,本课题采用技术成熟的经典控制理论设计自动驾驶仪的控制律。首先利用根轨迹方法设计了俯仰、高度、倾斜和航向模式下的控制规律参数,并借助SIMULINK,分别建立起了纵向/横向控制系统模型,采用基于相角裕度的方法对PID参数进行初步的整定,然后利用SIMULINK优化工具箱中内置的梯度下降搜索算法及二次规划方法对控制器参数进行优化,优化后的控制器参数应用于上述建立的控制系统模型中。通过大量仿真实验证明,所设计的自动驾驶仪系统控制模型在横纵向通道满足飞行品质的要求同时具有较好的抗干扰能力,具备较为满意的控制效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 飞机模拟机自动驾驶仪系统控制规律的研究和意义
• 1.2 自动驾驶仪组成及工作原理
• 1.2.1 自动驾驶仪系统的组成
• 1.2.2 自动驾驶仪系统的工作原理
• 1.2.3 自动驾驶仪系统在模拟机中的作用及联系
• 1.3 国内外研究现状
• 1.4 本文研究内容
• 第二章 飞行品质要求及自然飞机性能分析
• 2.1 飞行品质指标要求
• 2.1.1 纵向飞行品质
• 2.1.2 横向飞行品质
• 2.2 自然飞机性能分析
• 2.2.1 开环飞机纵向特性分析
• 2.2.2 开环飞机横向特性分析
• 2.3 本章小结
• 第三章 自动驾驶仪系统纵向控制律的设计
• 3.1 PID参数整定方法
• 3.1.1 PID参数对系统性能的影响
• 3.1.2 自动驾驶仪PID参数整定方法
• 3.2 SIMULINK优化工具箱介绍
• 3.2.1 参数优化问题
• 3.2.2 优化工具箱的使用
• 3.3 俯仰姿态保持控制
• 3.3.1 俯仰姿态控制结构
• 3.3.2 俯仰姿态控制律的指标要求
• 3.3.3 俯仰姿态控制律的参数设计
• 3.3.4 俯仰姿态控制律的仿真
• 3.4 高度保持控制
• 3.4.1 高度保持控制结构
• 3.4.2 高度保持控制律的指标要求
• 3.4.3 高度保持控制律的参数设计
• 3.4.4 高度保持控制律的仿真
• 3.5 加干扰的仿真验证
• 3.6 本章小结
• 第四章 自动驾驶仪系统横向控制律的设计
• 4.1 横向控制系统的组成和设计方案
• 4.2 倾斜姿态保持控制
• 4.2.1 滚转角控制结构
• 4.2.2 滚转角控制律的指标要求
• 4.2.3 滚转角控制律的参数设计
• 4.2.4 滚转角控制律的仿真
• 4.3 航向保持控制控制
• 4.3.1 航向角控制律的设计
• 4.3.2 航向角控制律的仿真
• 4.4 加干扰的仿真验证
• 4.5 本章小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录A
• 附录B
• 作者简介