1、飛機控制系統動力學和運動學建模飛機控制系統動力學和運動學建模探測制導與控制11014201110127雷繼松飛機控制系統建模 飛行控制系統(簡稱飛控系統)的作用是保證飛機的穩定性和操縱性，提高飛機飛行性能和完成任務的能力，增強飛行的安全性和減輕駕駛員的工作負擔。 飛行控制系統概述 （1）飛控系統分類飛控系統分為人工飛行控制系統和自動飛行控制系統兩大類。由駕駛員通過對駕駛桿和腳蹬的操縱實現控制任務的系統，稱為人工飛行控制系統。最簡單的人工飛行控制系統就是機械操縱系統。不依賴于駕駛員操縱駕駛桿和腳蹬指令而自動完成控制任務的飛控系統，稱為自動飛行控制系統。自動駕駛儀是最基本的自動飛行控制系統。 （2

2、）飛控系統構成 飛控系統由控制與顯示裝置、傳感器、飛控計算機、作動器、自測試裝置、信息傳輸鏈及接口裝置組成。 除個別的開環操縱系統(如機械操縱系統)外，所有的飛控系統都采用了閉閉環反饋控制環反饋控制的工作原理。在人工操作飛機人工操作飛機飛行時，駕駛員通過駕駛桿、腳蹬、油門桿的位移(或力)給出控制信號控制信號U0U0，經過飛控計算機控制率計算后給出控制控制指令指令U1U1。作動器作動器已據此指令驅動相對應的舵面(或油門、噴口)產生位移，形成使飛機運動變量后轉換為電信號電信號U2U2，一路反傳給飛控計算機，另一路輸入顯示裝置，形成目視信息，供駕駛員讀取。送給飛控計算機的反饋信號與駕駛員給出的控制信

3、號相比較，當飛機的運動變量與駕駛員的控制目標值相等時，兩種信號的代數和(U)為零，飛控系統不再輸出驅動指令，飛機按照駕駛員要求的狀態飛行。在自動飛行控制自動飛行控制的情況下，駕駛員通過控制面板上的模式選擇按鈕(或開關、旋鈕、鍵盤等)，給出控制模式要求，飛控系統就會自動控制飛機按照給定的模式飛行，基本控制過程和原理與人工控制飛行時相同。這時，駕駛員只需監視顯示信息，不需要對駕駛桿等裝置進行操作。飛行器運動學和動力學控制原理 飛行器是剛體，質量是常數；飛行器是剛體，質量是常數； 地面為慣性參考系，即假設地坐標為慣性坐標；地面為慣性參考系，即假設地坐標為慣性坐標； 忽略地面曲率，視地面為平面；忽略地

4、面曲率，視地面為平面； 重力加速度不隨飛行高度而變化，常值；重力加速度不隨飛行高度而變化，常值； 假設機體坐標系的假設機體坐標系的x-o-zx-o-z平面為飛行器對稱平面，且飛行平面為飛行器對稱平面，且飛行器不僅幾何外形對稱器不僅幾何外形對稱. .而且內部質量分布亦對稱，慣性積而且內部質量分布亦對稱，慣性積0 xyzyII 飛機在空氣中的運動總的可以分解為：飛機各部分隨飛機重心一道的移動和飛機各部分。飛行員在空中操縱飛機，不外乎就是運用油門、桿、舵改變作用在飛機上的空氣動力和力矩，以保持或者改變飛機重心的移動速度和飛機繞重心的轉動角速度。可見，飛機的運動和操縱與飛機重心的位置有密切的關系。 為

5、了確定飛機在空間的飛行軌跡，我們建立和動力學方程。 VH1V1H ,dV dHdtdtVH1VdVdVVdtdt1HdHdHHdtdt如圖所示為機體坐標系： x軸在飛行器對稱平面內，平行于機身軸線或機翼的平均氣動弦線（指機翼面積和翼展之比），指向前；z軸也在對稱平面內，垂直于y軸，指向下；y軸垂直于對稱平面內，指向右。飛行器繞質心轉動的動力學方程這里進行和航跡坐標軸相關變換：這里進行和航跡坐標軸相關變換：剛體飛行器運動學方程這里采用歐拉法表示：這里采用歐拉法表示： Xmuw qvrYmvu rw pZmwvpu q22()()()()xxzzyxzyxzxzzxzyxxzLpIrIqr IIp

6、qIMqIpr IIprINrIpIpq IIqrI1.非線性系統線性化原理( )( , , )x tf x u t000000200,2( , )(,).x ux ux uffff x uf x uxuxxux 0000000,( , )(,)x ux uffxxxf x uf x uxuxu 000(,)0 xf x u0000,xuxuffxA xB uABxu xAxBu 000,0,0eearVVpqr定直平飛狀態的小擾動線性化定直平飛狀態的小擾動線性化 00000000000,uuuvvvwwwpppqqqrrr 000000000000(),0,00,00uVvwpqr基準運動的速度0,uVuvvwwppqqrr Xmuw qv rYmvu rw pZmwv pu qXm uwqvr000000000000000()()()()()()()()()()()()()()()xxzyduXXXmudtudvYYYmudtudwZZZmudtudpdr