防止Ⅱ型驾驶员诱发振荡技术的研究

许多严重的飞行事故都与由速率限制引起的Ⅱ型PIO有关。针对如何预防PIO，首先介绍了自适应杆增益和软件限制环节的设计原理。然后以某带速率限制的电传飞机为例，运用同一理论，分析采用自适应杆增益和软件限制环节来改善速率限制的不利影响。仿真结果表明，自适应杆增益环节和软件限制环节都能抑制住PIO的发生，但两者组合加入抑制效果更好，飞行品质也能达到满意的程度。     

Ⅱ型PIO反馈与前馈抑制系统对比

 当舵机速率限制饱和时会产生附加时延,恶化飞行品质,触发Ⅱ型驾驶员诱发振荡（PIO）。运用描述函数法研究速率限制反馈（RLF）和死区增稳（DASA）Ⅱ型PIO抑制系统的开环相位补偿能力,提出RLF抑制系统的参数优化选择方法,分析了DASA抑制系统中死区和滤波器参数对相位补偿能力的影响。研究了两型抑制系统对正弦与偏差输入信号的开环响应特点。建立了含速率限制器的人机系统数学模型,基于描述函数法探究了Ⅱ型PIO的产生机理,推导了抑制Ⅱ型PIO发生的公式,应用连续信号相位补偿法抑制Ⅱ型PIO的发生。对阶跃、离散和正弦3种易于诱发PIO现象的跟踪任务进行数值仿真,对比了两种抑制系统的Ⅱ型PIO抑制能力。结果表明,反馈型RLF抑制系统对Ⅱ型PIO的抑制能力强于前馈型DASA抑制系统,有效降低了Ⅱ型PIO发生的可能性。     

基于线性矩阵不等式的电传飞机人机闭环系统稳定域

 针对静不稳定电传飞机作动器速率限制环节引起的Ⅱ型驾驶员诱发振荡(PIO)严重威胁飞机飞行安全的问题,研究了考虑作动器速率限制因素的人机闭环系统稳定域。引入增广状态变量分离速率限制环节,建立了人机闭环系统饱和非线性模型。为得到尽可能大的人机闭环系统稳定域估计,首先将稳定域求解问题转化为凸优化问题,再通过Schur补引理将其转化为线性矩阵不等式的求解问题,最终得到了人机闭环系统椭球体稳定域估计的一般算法。时域仿真研究表明:所估计的稳定域略微保守但不冒进,静不稳定电传飞机的Ⅱ型PIO是一种发散很快的振荡而非极限环振荡,驾驶员操纵增益以及作动器速率限制值是影响稳定域的重要因素。稳定域法物理意义清晰、结果直观,可用于非线性人机闭环系统稳定性的评估。     

预防Ⅱ型PIO的作动器设计

重点分析由作动器非线性因素(速率限制)引起的Ⅱ型PIO问题。将非线性因素线性化,采用赫尔维茨稳定性方法分析线性时不变系统的稳定性,采用二次型稳定性方法分析参数时变系统的稳定性。运用ROBAN算法确定稳定域,进而得到条件分析模型,分析了三种条件下的PIO趋势,给出合适的作动器设计方法。仿真研究表明,采用该方法设计的作动器使得某型飞机飞控系统具有良好的鲁棒性,可以有效避免Ⅱ型PIO的产生。     

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。     

基于速率限制的Ⅱ型驾驶员诱发振荡评估方法

速率限制问题已成为电传操纵飞机发生驾驶员诱发振荡（PIO）的主要原因。在新机设计中,随着复杂性的提高,预测PIO变得更加困难和重要。以人一机系统为研究对象,讨论速率限制对系统的影响,重点分析验证基于速率限制的Ⅱ型PIO的开环发生点（OLOP）准则的评估方法。针对不同飞行状态下的飞机纵向运动模型,使用两种驾驶员控制模型,在不同的驾驶员输入、不同速率限制条件下进行数值仿真试验研究。结果表明：OLOP准则是有效的评估工具,杆振幅因素对评估结果的影响较强。     

基于舵机速率限制的PIO探测与抑制技术研究

舵机速率限制是现代数字电传飞机发生PIO事件的最主要诱发因素之一.利用描述函数法分析了舵机速率限制诱发PIO的机理；通过滑动窗口傅立叶变化法提取了PIO的特征值,基于直接逻辑设计了在线PIO探测算法；分析了DS抑制器、陷波抑制器的工作原理.地面模拟器的仿真验证结果表明,所提出的PIO探测算法和主动抑制方法正确、可行,可为PIO飞行试验提供理论基础.     

运输机超低空空投下滑阶段PIO趋势评估与抑制

提出了超低空空投下滑阶段的PIO问题,研究了空投下滑拉平阶段产生PIO的主要原因.基于描述函数法分析了速率限制反馈(RLF) PIO抑制系统的相位补偿能力和PIO产生机理,推导了抑制PIO发生的计算公式.应用RLF连续信号相位补偿法抑制PIO的发生,对阶跃、离散和正弦三种易于诱发PIO现象的跟踪任务进行了数值仿真.结果表明,超低空空投下滑拉平阶段会发生PIO,严重威胁飞行安全,RLF对PIO具有较好的抑制效果.     

Ⅱ型PIO抑制分析及优化

飞行控制系统(人工/自动)控制增益过大、自动飞行控制系统工作异常,会导致作动器饱和,产生飞行操控延时,引发PIO(驾驶员诱发振荡)。本文在阐述了PIO产生机理的基础上,分析了Ⅰ型和Ⅱ型2种软件速率限制,探究了它们的开环和闭环特性;并研究了一种新的PIO抑制方法:通过优化装置,减小驾驶员操控指令及其与舵面实际偏转角之间的相位差,从而减少飞行操控延时,避免作动器饱和而降低舵面控制效率情况的发生。仿真研究表明,采用该方法可以有效地解决因作动器速率限制而引发的PIO问题。     

基于描述函数法的速率限制环节特性研究

针对电传操纵系统中速率限制环节的非线性特点,建立了简化的速率限制环节模型,在时域内对其动态特性进行了仿真.运用描述函数法分别建立了正弦输入/三角输出描述函数模型和闭环描述函数模型,对比研究了两种不同模型的频率特性.对速率限制环节由未饱和状态发展至完全饱和状态的频率特性进行了分析.     

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。     

驾驶员诱发振荡的研究

 本文根据驾驶员诱发振荡的实质,从闭环控制理论出发,提出了人-机系统数学模型,并在时域内进行了计算。以某歼击教练机为例,与频域法一起作了对比研究。结果表明,时域计算方法不仅直观,物理意义强,而且可以考虑众多的非线性因素,结果可能较为可靠。     

速率限制对PIO的影响分析

针对在现代飞行控制系统中存在的典型非线性速率限制环节,从描述函数的基本定义出发分析了其频率特性,然后将速率限制环节置于人机闭环系统中,利用描述函数法以架驶员诱发振荡（ＰＩＯ）进行了研究,应用于某飞机模型的仿真结果表明,研究结果对于揭示速度限制环节对于ＰＩＯ的影响具有一定参考价值。     

作动器速率饱和时的PIO抑制方法

 作动器速率饱和会产生附加的时间延迟, 使系统稳定性大大降低, 并增加了驾驶员诱发振荡( PIO) 的趋势。为防止作动器速率饱和, 在飞控系统中一般设置了软件速率限制器。对比分析了3 种软件速率限制器, 探讨了它们的开环和闭环特性, 从研究角度出发, 提出了某型飞机在出现低液压故障情况下的PIO 抑制方案。非线性六自由度仿真结果表明, 该方案明显改善了算例飞机在严重低液压故障时的动态响应, 降低了PIO 趋势。     

俯仰敏捷性评估与影响因素研究

建立了现代高机动性能战斗机俯仰敏捷性仿真计算数学模型和机动飞行时的操纵动作，以Ｆ－１６战斗机为例，计算并讨论了初始飞行状态以及飞行控制系统参数对战斗机俯仰敏捷性的影响。结果表明，选择适当的飞行状态，有利于更好地发挥飞机的俯仰敏捷性；降低飞机整体系统的阻尼，将有利于提高飞机的俯仰敏捷性；控制系统有关参数的设计，除考虑飞行品质要求外，还需综合考虑飞机敏捷性等方面的要求。     

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。     

驾驶员模型对驾驶员诱发振荡评估结果的影响

在飞机设计中,应用不同的驾驶员模型来预测驾驶员诱发振荡(PIO)是避免人机系统出现不良耦合的重要途径之一。以人-机闭环系统为研究对象,以某一电传飞机为例,采用Ⅱ型PIO的开环发生点OLOP评估准则,分别使用增益驾驶员模型和修正Neal-Smith驾驶员模型对人机闭环系统中的PIO易感性进行了分析、评估,对比研究了不同驾驶员模型对OLOP评估准则评估结果的影响。仿真结果表明:不同的驾驶员模型对Ⅱ型PIO评估准则(OLOP)的评估结果有较大的影响,相同驾驶员模型下不同的驾驶员增益对评估结果也有影响。在使用OLOP评估准则时应充分考虑驾驶员模型对评估结论的影响。