南航飛控復習題+答案.doc

。第一章1 飛行控制系統(tǒng)的主要作用如何？（1） 實現(xiàn)飛機的自動飛行 長距離飛行時解除駕駛員的疲勞，減輕駕駛員的工作負擔； 在一些壞的天氣或復雜的環(huán)境下，駕駛員難于精確控制飛機的姿態(tài)和航跡，自動飛行控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)對飛機的精確控制； 有一些飛行操縱任務，駕駛員難于完成，如進場著陸，采用自動飛行控制則可以較好的完成這些任務。（2）改善飛機的特性，實現(xiàn)所需要的飛行品質(zhì)和飛行性能。2 飛行控制系統(tǒng)主要由哪幾部分組成，每部分主要作用是什么？ 飛機：被控對象。具體一個系統(tǒng)的被控物理參數(shù)可能是飛機某一個運動參數(shù)，如俯仰角，高度或傾斜角等。被控的參量通常稱為被控量。 執(zhí)行機構(gòu)（又稱舵機或舵回路）：接收控制指令，其輸出跟蹤控制指令的變化并輸出一定的能量，拖動舵面的偏轉(zhuǎn)。 反饋測量部件：它測量和感受飛機被控量的變化，并輸出相應的電信號。不同的被控量需采用不同的測量元件。 綜合比較部件：將測量的反饋信號與指令信號進行比較，產(chǎn)生相應的誤差信號。這種功能可以與控制器的功能組合在一起。 控制器：依誤差信號和系統(tǒng)的要求進行分析、判斷，產(chǎn)生相應的控制指令。目前，這種功能均用數(shù)字計算機來實現(xiàn)。 指令生成部件：經(jīng)這系統(tǒng)的輸入指令信號，它通常是被控量的期望值。在上述系統(tǒng)的組成中，除被控對象外的其它部件組合又稱為控制裝置，在飛行控制系統(tǒng)中又常稱為自動駕駛儀。3 現(xiàn)代飛行控制系統(tǒng)分為哪三個回路，每個回路的作用如何? 內(nèi)回路：主要的功能是實現(xiàn)對飛機性能的改善，如增加飛機的阻尼，增強飛機的穩(wěn)定性等，又常稱其為增穩(wěn)回路。 外回路：主要完成自動駕駛功能，實現(xiàn)姿態(tài)角控制以及速度控制功能。 導航回路（導引回路）：利用導航系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，綜合利用內(nèi)回路與外回路的功能可實現(xiàn)飛機航跡的控制（包括水平航跡與垂直航跡）。4 閉環(huán)負反饋控制的基本方法是什么？與開環(huán)控制比較，閉環(huán)控制的優(yōu)缺點。（1） 閉環(huán)負反饋控制的基本原理“檢測偏差，糾正偏差。”（2） 優(yōu)缺點：閉環(huán)：控制精度高，結(jié)構(gòu)復雜； 開環(huán)：控制精度低，結(jié)構(gòu)簡單。5 什么是穩(wěn)定性，系統(tǒng)動態(tài)響應特性主要用哪幾個指標衡量，它們是如何定義的。系統(tǒng)的精度用什么指標評定。（1） 穩(wěn)定性定義為：若一個系統(tǒng)原處于平衡狀態(tài)，當其受到外界干擾時，偏離了原平衡狀態(tài)，在外干擾消失后，在無限長時間內(nèi)，系統(tǒng)能自動恢復原平衡狀態(tài)，則稱該系統(tǒng)是穩(wěn)定的，否則是不穩(wěn)定。（2） 為表示性能好壞，主要用以下幾個參量描述： 峰值時間tp：輸出y(t)達到最大值yp的時間 調(diào)節(jié)時間ts：輸出y(t)達到穩(wěn)態(tài)輸出y()的5%誤差帶，但又不重新退出該誤差帶的時間。 超調(diào)量%：超調(diào)量定義為：%=（yp-y）/y100%（式中yp為最大輸出值）一般說，tp、ts反映了過程的快速性，%反映了過程運動的平穩(wěn)性。 （3）穩(wěn)態(tài)誤差是衡量系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度的重要指標。穩(wěn)態(tài)誤差=（期望的穩(wěn)態(tài)值-實際的穩(wěn)態(tài)值）第二章6 試畫出單腔液壓助力器的原理結(jié)構(gòu)圖，說明其工作過程。為什么該部件的穩(wěn)態(tài)輸入輸出關(guān)系為比例環(huán)節(jié)。（1）（2）工作過程：當駕駛桿產(chǎn)生向右位移W時，分油活門中的閥心相對殼體向右移動，高壓油Ps進入分油活門，并通過出油口流入作動筒B腔，推動活塞向右移動，從而帶動舵面偏轉(zhuǎn)。此時A腔液壓油通過油路反回到分油活門腔體內(nèi)，并經(jīng)過回油孔流回油箱。當活塞向右移動時，帶動分油活門殼體相對閥芯向右移動，從而將分油活門的進油口及出油口重新堵死，活塞停止運動。（3）輸出與輸入的關(guān)系：一定的桿位移對應了一定的作動筒活塞的位移，即一定的舵面偏轉(zhuǎn)，輸入駕駛桿與輸出舵面偏轉(zhuǎn)成比例。7 試述液壓副舵機的主要組成部分，并說明各組成部件的功能?？磮D說明液壓副舵機的工作過程。為什么液壓副舵機的穩(wěn)態(tài)輸出與輸入關(guān)系為積分環(huán)節(jié)。答： （1）1、電液伺服閥（電液信號轉(zhuǎn)換裝置）：電信號液壓流量信號（它將控制器來的電信號轉(zhuǎn)換為一定功率的液壓信號）1 力矩馬達：電信號機械位移2 液壓放大器：機械位移液壓油流量的變化 2、作動筒（液壓桶或油缸）：液壓信號機械信號能量輸出機構(gòu)。（它是舵機的實力結(jié)構(gòu)，主要由筒體和運動活塞組成，被拖動的負載與活塞相連） 3、反饋測量裝置：將活塞的位移轉(zhuǎn)換成電信號輸出（它感受活塞的位移或速度變化，轉(zhuǎn)換成相應的電信號）。(2) 工作過程：如圖所示，在沒有控制信號時，兩個控制線圈中的電流i1、i2大小相等，方向相反，它們在磁路中所形成的磁通相互抵消，銜鐵仍保持在中立位置。當有控制信號時，i1i2所產(chǎn)生的控制磁通也不相等，譬如：、中磁通增大，、中減小。所以、中的電磁通吸力增大，、中吸力減小，產(chǎn)生電磁力矩，并使銜鐵順時針偏轉(zhuǎn)角與控制信號成比例。當控制信號改變極性，銜鐵反時針偏轉(zhuǎn)。使彈簧管產(chǎn)生彈性變形，形成一個與電磁力矩方向相反的力矩，當彈簧變形力矩與電磁力矩平衡時，銜鐵停止轉(zhuǎn)動，并保持在相應的偏轉(zhuǎn)角度上。（3）當液壓副舵機控制信號不等于零，閥芯就要有一個位移，高壓油就會以一定的流量流入作動筒，作動筒活塞就要以一定的速度向某個方向移動，連接在活塞桿上的舵面就會以一定速度連續(xù)偏轉(zhuǎn)，而不會停住不動。當控制信號等于零時，劃閥閥芯回到中立平衡位置，閥芯凸肩將進油機出油口堵死，作動筒的活塞方能停止不動，但此時活塞的位置（相當于艙面的偏轉(zhuǎn)角）已不在初始位置了。此過程可以看出舵面的輸出是輸入控制信號隨時間t的積分。 8 試畫出串聯(lián)及并聯(lián)復合舵機的原理結(jié)構(gòu)圖，說明三種工作狀態(tài)的工作過程。串聯(lián)復合舵機三種工作狀態(tài)的工作過程： 助力工作時：沒有自動控制信號，舵機活塞不動，舵機相當于拉桿的一部分，駕駛桿移動時，通過舵機整體運動帶動分油活門中的閥芯，從而控制舵面偏轉(zhuǎn)。 自動控制工作時：駕駛桿不動，舵機外殼在控制信號作用下移動，并拉動分油活門中的閥芯，從而控制舵面偏轉(zhuǎn)。 復合工作狀態(tài)時：分油活門的位移由駕駛桿位移和控制信號決定，并在舵機上實現(xiàn)綜合。 并聯(lián)復合舵機三種工作狀態(tài)的工作過程：助力工作狀態(tài)：用于人工駕駛工作，此時自動控制系統(tǒng)不工作，電液付舵機沒有控制信號，圖搖桿A點不動，搖臂桿可以繞A點轉(zhuǎn)動，人工操縱時，移動駕駛桿，使O點移動，帶動B點移動，通過操縱分油活門使助力器作動筒活塞拖動舵面轉(zhuǎn)動。 自動控制工作狀態(tài)：此時駕駛員不操縱駕駛桿，自動控制系統(tǒng)產(chǎn)生的控制指令加于電液付舵機，使舵機作動筒活塞移動，從而使B點移動，通過助力器使舵面偏轉(zhuǎn)。 復合工作狀態(tài)：自動控制系統(tǒng)通過舵機操縱舵面，而駕駛員也可通過操縱桿操縱舵面。此時搖臂A點及O點同時運動，B點則為人工操縱和自動控制的綜合運動，舵面偏轉(zhuǎn)體現(xiàn)這兩種控制的復合結(jié)果。9 與電動舵機相比，液壓舵機的優(yōu)缺點如何。答：優(yōu)點：1在同樣的功率下液壓舵機體積小，重量輕。液壓舵機的重量僅為電動舵機的1/81/10，如果加上液壓源及附件，其重量也僅為電動舵機的1/31/52液壓舵機的重要優(yōu)點是所產(chǎn)生的力矩與它本身運動部件的慣量比值大，運動平穩(wěn)，快速性好。 3液壓舵機的功率增益大，控制功率小，靈敏度高，可承受的載荷大。 缺點：加工精度要求高，設備復雜，維修困難，成本高。10舵回路的基本結(jié)構(gòu)如何，對舵回路有哪些基本要求。舵回路是一個閉環(huán)負反饋控制系統(tǒng)，通常，舵回路除了包括有舵機偏轉(zhuǎn)角度反饋信號外，還包含有偏轉(zhuǎn)角速度反饋信號，其作用是用來改善舵回路的動態(tài)特性，通過選擇控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，以及角速度反饋信號的強度，可以使舵回路的動態(tài)及靜態(tài)特性滿足技術(shù)要求。要求：1、在各種飛行狀態(tài)下，舵回路均應穩(wěn)定地工作，保證這種穩(wěn)定性是首要的；2、舵回路的靜態(tài)性能應滿足系統(tǒng)所提出的輸入和輸出關(guān)系的要求，并應滿足一定的不靈敏區(qū)的要求；3、舵回路應有較寬的通頻帶。一般要求比飛機的通頻帶大一個數(shù)量級，至少不應小于3-5倍；4、舵回路應有良好的動態(tài)響應特性，具有較大的阻尼，在飛機通頻帶范圍內(nèi)的相位滯后應較小。第三章11試說明偏航阻尼器的功用以及實現(xiàn)控制的基本方法。為什么要在系統(tǒng)中采用洗出網(wǎng)絡？改善飛機的性能,提高“等效”飛機的荷蘭滾震蕩阻尼。直接測量飛機的偏航角速度作為反饋,按其控制規(guī)律是舵面偏轉(zhuǎn)當飛機穩(wěn)態(tài)傾斜轉(zhuǎn)彎時,偏航阻尼器會阻尼飛機偏轉(zhuǎn),降低飛機的偏轉(zhuǎn)角速度,偏航阻尼器將會降低駕駛員的操縱效率。為了克服偏航阻尼器對穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)彎速率的影響,所以,在控制器中加入一種“洗出網(wǎng)絡”的控制算法。12放寬靜穩(wěn)定性對提高飛機的性能有什么好處。答：效益：1、減少飛行阻力： 提高飛機的爬升率。dH/dt。 提高了允許升限。 在推力一定時，阻力D的減少將增大水平加速能力；在燃料一定時，航程將增大。2、可以減輕飛機重量：增加有效載荷，提高航程。3、增加有用升力：法向過載nZ，機動能力，盤旋能力。13構(gòu)成增穩(wěn)系統(tǒng)有哪幾種具體實現(xiàn)方案。1、 引入迎角反饋信號構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)：迎角的測量精度較差，并含低頻噪聲。2、 引入法向過載nZ反饋構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)：利用迎角或法向過載反饋增穩(wěn)的一個重要缺點是：短周期阻尼比將會降低，響應的振蕩性增強。3、 迎角與俯仰角速度組合反饋控制：既可以改善飛機的穩(wěn)定性又可以改善它的阻尼特性。14什么是控制增穩(wěn)系統(tǒng)，它與增穩(wěn)系統(tǒng)有何不同，試畫出它的原理結(jié)構(gòu)圖。1、 為了解決增穩(wěn)系統(tǒng)增強穩(wěn)定性和降低操縱性的矛盾，提出了控制增穩(wěn)系統(tǒng)。2、 控制增穩(wěn)系統(tǒng)除了具有增穩(wěn)系統(tǒng)的反饋通道外，還將駕駛員的操縱桿指令變成電信號，并經(jīng)過變換處理后也送入增穩(wěn)系統(tǒng)中，使該系統(tǒng)既有增強穩(wěn)定性的作用又有改善操縱特性的功能。3、15什么是電傳操縱系統(tǒng)，它有哪些優(yōu)點。系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)如何，與增穩(wěn)系統(tǒng)、控制增穩(wěn)系統(tǒng)有何不同。1、 電傳操縱系統(tǒng)實際上就是在上述帶控制增穩(wěn)作用的機械操縱系統(tǒng)中取消了機械傳動的操縱作用，僅保留了電信號的操縱，因此，可以給出電傳操縱系統(tǒng)的簡要定義是：電傳操縱系統(tǒng)就是“電信號系統(tǒng)+控制增穩(wěn)系統(tǒng)”，有時又稱其為電子操縱系統(tǒng)。 2、與機械操縱系統(tǒng)相比,電傳操縱系統(tǒng)具有以下優(yōu)點:減輕了操縱系統(tǒng)的重量減少體積節(jié)省設計和安裝的時間減少維護工時消除機械操縱系統(tǒng)中非線形因素的影響改善飛機的飛行品質(zhì)簡化了主操縱系統(tǒng)與自動飛行控制系統(tǒng)的組合增大坐艙局部靈活性 3、位于計算機內(nèi):前饋控制器、反饋控制器、正向通道控制器 位于計算機外:桿位移傳感器、舵回路、飛機、測量部件 4、電傳操縱系統(tǒng):操縱桿的機械信號變?yōu)殡娦盘?通過電傳動裝置操縱飛機. 增穩(wěn)系統(tǒng):操縱桿的機械信號通過機械傳動裝置控制飛機 控制增穩(wěn)系統(tǒng):操縱桿指令既可以通過機械傳動裝置操縱飛機,也可以通過電信號來操縱飛機.16為提高電傳操縱系統(tǒng)的可靠性應采取哪些措施。1、 提高組成系統(tǒng)各元部件的可靠性。2、 目前國內(nèi)外采用的主要方法是構(gòu)成余度電傳操縱系統(tǒng)。（即用功能相同但可靠性較低的多套系統(tǒng)同時工作，以獲得高可靠性的系統(tǒng)從而將系統(tǒng)的故障率降低數(shù)個量級）3、 采用備份系統(tǒng)。17B-777飛機主操縱計算機的余度配置情況如何。B-777飛機主操縱系統(tǒng)有幾種操縱方式，各有什么特點。 答：硬件：采用非相似余度的處理器：Inter80486、AMD29050、Motorda68040 軟件：由三個不同的小組編寫。 四種操縱方式：1 正常工作方式：所有的部件無故障，實現(xiàn)全部自動化的功能，即：自動駕駛儀，邊界保護，陣風載荷減緩，自動減速板，偏航阻尼。2 次要操縱方式：系統(tǒng)中有一些信息丟失，內(nèi)部出現(xiàn)某些故障，性能降低，其它功能不能實現(xiàn)。3 直接操縱方式：ACE完成失效，信息中斷，模擬備份系統(tǒng)。4 機械配平備份系統(tǒng)：用配平系統(tǒng)來操縱飛機。 18什么是中性速度穩(wěn)定性（自動配平），它有什么作用。在A320飛機的電傳操縱系統(tǒng)中是如何實現(xiàn)的。 對于常規(guī)飛機來說,桿力與飛行速度具有一定關(guān)系,當桿力梯度Fv z=0,則桿力與飛行速度無關(guān),稱為中性速度穩(wěn)定性. 它使飛機具有對速度擾動不敏感和自動配平的能力. 在A320飛機上，配平是由水平安定面實現(xiàn)的，所以，上述自動配平信號通過積分環(huán)節(jié)產(chǎn)生水平安定面的配平指令，而升降舵最終總是回到中立位置。第四章19試畫出俯仰角控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)圖，并說明該系統(tǒng)的穩(wěn)定過程。 穩(wěn)定過程 假定飛機處于水平直線飛行1、指令信號g=0，假定=0，0=0，v0=02、由于某種原因，飛機偏離該狀態(tài)00，v00，0=0，0=v0偏離， 舵面產(chǎn)生偏離指令e=K00舵面下偏，產(chǎn)生低頭力矩，0減小，由于無升力變化，速度向量不動，而機體軸下移，所以產(chǎn)生一個103、1作用下，產(chǎn)生了升力的增量(L0)速度向量下移，r1減小4、開始時較大，俯仰力矩大飛機低頭快，即0，e= K00，飛機低頭，q0，飛機盡管繼續(xù)低頭，但低頭的速度變慢了。當0，由于q0，可能使升降舵回中。由于q0時，=（K-Kq）0，飛機抬頭，產(chǎn)生俯仰角增量0，結(jié)果， e=K0，舵面向下偏轉(zhuǎn)，產(chǎn)生低頭力矩,Me0，產(chǎn)生低頭力矩，Me0，并使Me=Mf，完全抵消了干擾力矩所引起的穩(wěn)態(tài)誤差。由于Me=MeK1=Mf，所以，Mf所引起的俯仰角穩(wěn)態(tài)誤差1=Mf/MeK。 措施：1. 由于1=Mf/MeK中可見，在Mf及Me一定的條件下，增大俯仰角控制系統(tǒng)中的反饋系數(shù)K將可以減小穩(wěn)態(tài)誤差1。但過大的K將會使飛機俯仰角產(chǎn)生過大的振蕩，嚴重時系統(tǒng)可能會變得不穩(wěn)定。2. 另外一種減少或消除長值干擾所引起的穩(wěn)態(tài)誤差方法是，在系統(tǒng)的正向通道加入積分控制器。22試推出偏航角速度與傾斜角的近似關(guān)系。畫出用副翼控制偏航角的基本結(jié)構(gòu)圖。 答：如圖飛機傾斜時：Lcos=mg Lsin=mv0即x兩式相除得：tg=v/g若令較小則有：(v/g)(rad)或=g/v=(g/v)57.30(0/s) 為飛機傾斜角，v為飛機的飛行速度，L為飛機升力，為飛機側(cè)滑角，x為飛機航跡偏航角，為飛機偏航角速度，為偏航角。飛機偏航角速度與傾斜角近似成正比。23簡述上述系統(tǒng)修正起始偏差0的過程。假定飛機由于某些原因，偏離了預定航向，如0 0，此時0=0假定g=0 1、初始狀態(tài)：由于0=0,00,g=0, a=k00飛機右滾，產(chǎn)生右側(cè)力Ly0，飛機速度向量向右移，但此時，由于沒有偏航力矩，飛機機體軸尚未轉(zhuǎn)動，即機體軸落后速度向量的轉(zhuǎn)動，故出現(xiàn)側(cè)滑角0；2、由于側(cè)滑角0，在飛機航向靜穩(wěn)定力矩作用下，飛機機體縱軸向右移動，從而使航向偏差角減小。3、a=k+k=k-k，由于0，且較小，所以a的數(shù)值在逐漸變小，但仍為a04、由于飛機仍然右傾斜，繼續(xù)產(chǎn)生右側(cè)力，航向角繼續(xù)減小，從而使kmaxk，故使a=(k-k)0。副翼向相反方向偏轉(zhuǎn)，產(chǎn)生左滾力矩,0，仍然產(chǎn)生右側(cè)力，所以速度向量及機體軸繼續(xù)向右偏轉(zhuǎn)，但因為逐漸在減小，所以偏轉(zhuǎn)速度減慢。5、如果系統(tǒng)設計的好，最終可以實現(xiàn)，0。飛機恢復原來的航向，保持水平飛行。航線產(chǎn)生偏離Yd，大小決定于航向糾正過程時間長短及飛機的飛行速度。24何謂自動協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)彎？試說明消除側(cè)滑角的三種辦法，畫出控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)圖。（1） 定義：飛機在水平面內(nèi)連續(xù)改變飛行方向，實現(xiàn)無側(cè)滑(即0)，保持高度的機動飛行，操縱副翼建立穩(wěn)定的滾轉(zhuǎn)叫，既=常數(shù)；操縱方向舵建立所要求的偏航角速度r，消除側(cè)滑，操縱升降舵保持高度不變。（2） 消除方法：測量側(cè)滑角，通過方向舵進行控制。引入側(cè)向加速度ay反饋消除側(cè)滑利用計算的偏航角速率反饋消除側(cè)滑。（3）25協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)彎時為什么要對俯仰軸進行控制，應如何控制。為了實現(xiàn)自動協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)彎，在轉(zhuǎn)彎過程中為了保持飛機不掉高度，所以要操縱升降舵對俯仰角進行控制俯仰控制：（1）在轉(zhuǎn)彎過程中是重力與升力垂直力量相平衡。 （2）要保持飛機繞垂直軸盤旋，除了要控制一定的偏航角速率r外，還需使飛機