自动驾驶仪系统

自动驾驶仪系统

2.1自动驾驶仪的功能

自动驾驶仪的基本功能可列举如下：

（1） 自动保持三轴稳定，具体地说，及自动保持偏航角，俯仰角于

某一希望角度，倾斜角保持为零进行直线飞行（平直飞行，爬高，下滑）。

（2） 驾驶员可以通过旋钮或其他控制器给定任意航向或俯仰角，使

飞机自动改变航向并稳定于该航向，或使飞机上仰或下俯并保持给定俯仰角。

（3） 自动保持飞机进行定高飞行。

（4） 驾驶员通过控制器操纵飞机自动爬高或俯冲，达到某一预定高

度，然后保持这一预定高度。

上述所有基本功能都是指自动驾驶仪与飞机处于正常状态的控制功能。辅助功能如下：

（1） 一旦自动驾驶仪的舵机处于卡死或无法操作的状态时，应允许

驾驶员具有超控的能力。

（2） 自动回零功能。在投入自动驾驶仪之前，飞机本身处于平直飞

行的配平状态，必须让自动驾驶仪的反馈信息与测量元件的总和信号回零，才能避免投入后形成误动作。

（3） BIT功能。一种机内自检测功能，在自动驾驶仪的部件及系统

中，可设置BIT检测信号，借以检查某部件或全系统工作是否

正常。这种检查可在自动驾驶仪投入前进行。

（4） Ma数配平功能。飞机在跨声速区，升降舵操纵特性有一个正

梯度区，从而操纵特性不稳定，设立Ma数配平系统控制水平安定面，以改善其操纵特性。

2.2自动驾驶仪的分类

自动驾驶仪最常用的分类方法是按控制律来区分。所谓控制律通常是指自动驾驶仪输出的舵偏角与信号的静动态函数关系。按这种分类方法，可分为比例式自动驾驶仪、积分式自动驾驶仪和均衡式反馈自动驾驶仪（比例加积分控制律的自动驾驶仪）三种。

其次也可以按自动驾驶仪三种主要部件（传感器，计算与放大元件以及舵机）的能源来分，这时可以分为气动式（早期应用过），气动液压式，电动式以及电动液压式。

如果按处理信号，实现控制律是采用连续信号，还是中间经过数字化再转换成为模拟信号来区分，可以分为模拟式与数字式两种。

2.2.1比例式自动驾驶仪

以俯仰通道为例，升降舵偏角增量与飞机俯仰角偏差成比例的自动控制器称为比例式自动驾驶仪。

??e=L?（?? - ??g）（产生控制力矩）

其工作原理是：设飞机处于等速水平直线飞行状态。受某干扰后，出现俯仰角偏差Δθ=θ-θ0 （θ0为初始俯仰角，假设为零）。垂直陀螺仪测出偏差角，输出与Δθ成比例的电压信号，假设外加控制信号为0，则经综合装置加到舵回路，舵回路的输出驱动升降舵偏转??e ，产生的气动力矩使Δθ角逐渐减小。适当选择参数L? ，可保证时Δθ→0， ??e也→0 。

如果存在常值力矩干扰Mf，飞机稳定后必然存在一个??e抵消Mf的影响，所以会产生一个姿态角静差。由控制规律可以得到姿态角静差的大小为：

??-??g=Mf/（Q0Sb∣Cm??e∣L?）

上式表明：有干扰力矩Mf，俯仰角增量Δθ与要求的控制增量Δθg不再一致，出现的误差(Δθ-Δθg)与干扰力矩Mf成正比，与传递系数Lθ成反比。增大Lθ可减小这一误差。

一阶微分信号在比例式控制规律中的作用：（产生阻尼力矩） ??e=L?（??-??g）+L? ?? 由上式可见：

（1）仅增大L?：快速性好，系统震荡增强，减小系统的阻尼，系统稳定性变差，系统的稳态误差减小。

（2）仅增大L?：增大系统的阻尼，减弱系统震荡，系统快速性变差，系统的稳定性变好。

比例式自动驾驶仪：

（1）当自动驾驶仪保持高度时，受到垂风干扰时，仅有姿态误差，没有高度误差；

（2）受到常值力矩干扰时会有高度误差； （3）在速度（斜波）输入时有稳态误差。 2.2.2积分式自动驾驶仪

去掉硬反馈，保留速度反馈 ，使舵的偏转角速度与俯仰角的偏差成正比，则系统工作在稳定状态时，舵偏角与俯仰角偏离值的积分成比例。 这种自动驾驶仪称为积分式自动驾驶仪。是舵回路速度反馈造成这种积分关系，故也称速度反馈（软反馈）式自动驾驶仪。积分式A/P的优点是：可消除静差。

??e=L? ∫(??-??g）dt+L? （??-??g）+ L? ?? 第一项的作用：产生控制力矩消除稳态误差； 第二项的作用：产生控制力矩纠正姿态偏差； 第三项的作用：增大系统的阻尼。

另一种积分式A/P：比例式A/P+角偏差积分信号。 具有积分式控制规律的A/P工作在高度保持方式时：

（1）在受到垂风干扰时只有姿态误差，无高度误差； （2）在受到常值力矩干扰时，无高度误差。 2.2.3均衡式反馈自动驾驶仪