驾驶员诱发振荡预测方法应用研究

随着电传操纵系统在战斗机和民用运输机上的运用,驾驶员诱发振荡现象逐渐增加,对现代航空飞行安全构成直接威胁.介绍了Ⅰ型和Ⅱ型PIO的多种预测准则,重点研究了Ⅰ型PIO预测准则中的A准则、带宽准则和Neal-Smith准则,并对多型飞机的PIO趋势进行了预测.计算结果表明:A准则、带宽准则和Neal-Smith准则是预测PIO的有效方法.     

对PIO预测的A值及A准则的分析

从应用的角度详细地介绍了国外预测PIO时使用A值及A准则的情况。进行了计算公式的推导，讨论了准则在推导过程中所采用的假设及其适用情况，重新整理和校核了计算步骤和算例，以便于推广使用。     

电传直升机人机耦合振荡特性研究

为了分析研究电传直升机的人机耦合振荡特性,将直升机操纵/响应模型与驾驶员诱发振荡(Pilot Induce Oscillation,PIO)判定准则模型相结合,建立了一种适用于电传直升机的PIO预测方法。首先对建立的方法进行了飞行试验验证,然后应用该方法着重开展了PIO参数敏感性分析研究,得到了对降低PIO趋势有指导意义的结果。     

驾驶员诱发振荡预测准则有效性分析

为了科学防控驾驶员诱发振荡(PIO)问题,减少飞行事故或事故症候的发生,各国研究者提出了诸多PIO预测准则。为了分析典型PIO预测准则的有效性,提出了狭义成功率和全局成功率的概念。综合运用安全性指标、非保守性指标等,对比分析预测准则的评估结果,选择出有效性较好的预测准则,为PIO预测准则的适用性和飞行模拟试验提供参考。     

俯仰轴飞行品质的PIO准则计算

由于新技术的采用,现代飞机出现驾驶员诱发振荡(PIO)现象大大增加,因此PIO已成为危及飞行安全的主要因素之一。介绍了MIL—STD—1797A规范中的PIO预测准则和美国“人机耦合对飞行安全影响委员会”提出的准则,论述了这些准则要求的背景、机理和计算方法,最后以某机为例进行了PIO预测计算和分析。     

一种基于小波分析的时变飞行品质准则

Ⅲ型驾驶员诱发振荡(PIO)是由飞机特性突变引起的人机不良耦合,具有非线性、时变等特点,对现代飞机的飞行安全构成严重威胁。为了研究Ⅲ型PIO问题,介绍了一种基于小波分析的时变飞行品质准则。该准则采用小波分析方法计算驾驶员输出的能量峰值和飞机被控对象的相位滞后两个特征参数,对时变人机系统进行了飞行品质评价。驾驶员在环仿真试验结果表明,该准则不仅能够预测PIO的发生,尤其是Ⅲ型PIO,还能够给出估计的PIO发生时间。研究成果可为Ⅲ型PIO的分析提供有效手段。     

空中飞行模拟与电传飞机飞行试验

以电传操纵作为显著特征的第三代飞机飞行试验具有极大的挑战性和风险性。从电传飞机飞行试验所必需的飞行试验技术出发．研究和探讨了变稳飞机(空中飞行模拟器)对电传飞机飞行试验的重要性和特殊作用；概括和总结了中国飞行试验研究院利用变稳飞机在电传飞机飞行试验中所完成的研究工作及其重要意义；针对电传操纵，重点描述了对PIO的飞行试验研究以及试飞员培训等。     

人-机系统纵向动态特性的研究——PIO问题研究方法的探讨

本文根据PIO问题研究的需要,考虑到操纵系统非线性（间隙和摩擦等）对PIO问题影响的严重性,推导了包括非线性环节在内的,驾驶员-操纵系统-飞机本体组合系统的纵向动态结构图,并用DMJ-3A电子模拟计算机,以某歼击机低空大速度正常状态（力臂处于小臂）和故障状态（力臂处于大臂）为例进行了模拟计算。计算结果与飞行实践是一致的。从而初步说明作者提出的结构图（即PIO计算方法）既是可信的,也是具有实际分析使用价值的。     

在速率限制情况下获取人—机特性

自从X－15飞机在进场着陆阶段出现驾驶员诱发振荡（PIO）以来差不多有40年了，速率限制就一直成为引起PIO现象的常见因素。遗憾的是，由于缺乏有效的飞行试验数据，使得对由速率限制引起的PIO研究受到了限制。在1990年初，美国海军进行了一项F－14飞机模拟双液压故障时的操纵品质评价。在这种情况下，F－14飞行员必须依靠速率被大大限制的备份飞控模块（BUFCM）。尽管在编队飞行中操纵得心应手，量严重的PIO困境着空中加油和有偏着陆的飞行尝试。由于评价飞机当时装有完善的测试仪器，因而建立了完整的数据库。数据段包括扫描、加油对接、对接跟踪和有偏着陆。数据的频域分析揭示出在速率限制情况下可以提取到包含重要操纵品质的人－机系统特性和PIO准则，并且观测到期望幅值减小、相位延迟增加以及监视与速度限制有关的输入振幅。通过检查飞行员杆力输入的功率谱密度，能确定PIO频率和任务带宽。最终证明，在加油对接和跟踪任务方面由速率限制引起的过大的相位延迟导致了PIO。     

某型飞机的PIO预测计算与分析研究

介绍了几种危及飞行安全的驾驶员诱发振荡(PIO)的预测准则，它们是美军标准则、Smith—Geddes准则、带宽准则、尼尔一史密斯准则、回落准则、增益／相位角准则和ω180／平均相斜率准则，并用这些预测准则对某型飞机进行PIO预测计算与分析。     

飞行员数学模型与新机飞行品质预测

简述了建立飞行员数学模型的重要意义和方法，给出了飞行员的常用数学模型形式及有关参数参考数据，并着重讨论了飞行员数学模型在新机飞行操纵品质评估预测中的应用 。     

辅助驾驶员操纵的预见显示及预测控制

针对人具有预见、预测能力和驾驶员操纵品质要求,提出了辅助驾驶员操纵的预风显示及预测控制方案。应用预见控制技术对驾驶员最优控制模型,显示与控制协调性合成设计的预见加速显示进行了研究,建立了驾驶员跟踪目标信号的最优预见控制模型和基于系统状态的预见加速显示的人机预测控制结构。用非零和协调性动态规划法进行驾驶员－显示器－控制器的最优协调性合成设计。可减轻驾驶员的操纵负担,提高了飞行品质和主观评价。     

飞机着陆下滑状态人-机系统动态特性分析

采用最优控制驾驶员模型在频率域内分析是理论评价电传操纵飞机着陆下滑状态飞行品质的一种有效方法。基于人 -机系统响应特性可揭示出驾驶员工作负荷和系统动态特性之间相互影响。驾驶员相位补偿作为驾驶员工作负荷的度量 ;取人 -机系统闭环带宽、开环高频峰值和飞行轨迹倾角误差均方值等指标来评价系统动态特性。这些评价准则与驾驶员主观评分之间具有很好的相关性。应用该方法对某电传操纵飞机进行分析 ,其结果与飞行模拟评价结果较为一致     

放宽静稳定电传客机纵向短周期品质评定方法

民用客机强调飞行的安全性和舒适性,由于设计与使用的特点,其短周期模态的自然频率、操纵灵敏度与带宽均较低,时间延迟较大,且一般采用不同于军用运输机的控制律构型。提出以军用规范作为参照的电传客机飞行品质评定及适航审定方法,是现代民用客机飞行控制律设计的关键问题。为改善某放宽静稳定构型客机的短周期飞行品质,设计了迎角、C^*和过载构型飞行控制律。按咨询通告AC25-7A所给出的操纵品质等级评定方法(HQRM),采用等效系统评定法、高阶频域法和高阶时域法评定了闭环飞机的短周期飞行品质及适航符合性。结果表明,军用规范条款对时延和带宽的限制对于客机可适当放宽。对于迎角构型,等效系统参数准则、带宽准则和俯仰速率响应准则均适用;过载构型评定应采用等效系统参数准则、俯仰速率响应准则;C^*属非常规响应构型,应采用带宽准则和俯仰速率响应准则评定。     

过失速机动飞机的鲁棒非线性控制律设计

 采用非线性动态逆和结构奇异值综合方法设计了过失速飞行条件下飞控系统控制律,解决了飞控设计中面临的非线性和鲁棒性问题。应用非线性动态逆的目的就是对过失速机动飞行条件下高度非线性的飞机动力学进行线化;从而围绕线性的快逆回路应用结构奇异值综合方法设计相应的鲁棒控制器,以提供对驾驶员指令的鲁棒跟踪。所设计的飞控系统将达到期望的飞行品质,确保系统对过失速机动飞行过程中因非定常气动力效应引起的系统参数摄动鲁棒性良好。高逼真度、非线性的仿真验证了这一点。     

H∞控制在飞行/推进综合控制系统中的应用

研究了多变量控制技术应用于飞行/推进一体化控制器的设计问题。对于耦合的飞行子系统和推进子系统,建立了飞行/推进综合模型,分析了对模型输出端乘性不确定性和对跟踪误差性能不确定性的飞行/推进综合多变量反馈控制系统转化为混合灵敏度函数整形问题设计的途径,提出了一种按时间加权的误差平方积分(ITAE)准则选择加权灵敏度函数的方法,应用混合加权灵敏度H∞控制器的设计方法对飞行/推进一体化模型进行了设计,并对所求的最优控制器进行了控制系统性能仿真验证。     

基于 LSTM的飞控系统状态监控

监测飞控系统状态参数是保证无人机飞行安全的重要手段。针对无人机飞控系统的组成特点和飞行控制律,设计并构建了基于长短期记忆网络(Long Short Term Memory Network,LSTM)的飞控系统状态监控模型。首先,利用无人机历史飞参数据训练模型,建立输入飞参数据与状态参数的回归映射关系;然后,利用训练好的网络模型,实时预测飞控系统的状态参数,通过对比实测值与预测值之间的差异,实现飞控系统的状态监控。选取无人机飞参数据进行实验,基于 LSTM的算法比反向传播神经网络(BPNN)、支持向量机(SVM)预测精度高,MSE平均值分别低 0.01和 0.26,MAE平均值分别低 0.05和 0.12。结果表明,所提出的方法能够有效监控飞控系统,为无人机飞行管理决策提供数据支持。     

Prediction of pilot workload in helicopter landing after one engine failure

This paper presents a method to predict the pilot workload in helicopter landing after one engine failure. The landing procedure is simulated numerically via applying nonlinear optimal control method in the form of performance index, path constraints and boundary conditions based on an augmented six-degree-of-freedom rigid-body flight dynamics model, solved by collocation and numerical optimization method. UH-60A helicopter is taken as the sample for the demonstration of landing after one engine failure. The numerical simulation was conducted to find the trajectory of helicopter and the controls from pilot for landing after one engine failure with different performance index considering the factor of pilot workload. The reasonable performance index and corresponding landing trajectory and controls are obtained by making a comparison with those from the flight test data. Furthermore, the pilot workload is evaluated based on wavelet transform analysis of the pilot control activities. The workloads of pilot control activities for collective control, longitudinal and lateral cyclic controls and pedal control during the helicopter landing after one engine failure are examined and compared with those of flight test. The results show that when the performance index considers the factor of pilot workload properly, the characteristics of amplitudes and constituent frequencies of pilot control inputs in the optimal solution are consistent with those of the pilot control inputs in the flight test. Therefore, the proposed method provides a tool of predicting the pilot workload in helicopter landing after one engine failure.