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。     

基于速率限制的二类驾驶员诱发振荡评估方法

速率限制问题已成为引起电传飞机驾驶员诱发振荡问题的主要原因。以人-机系统为研究对象,探究了驾驶员诱发振荡产生的机理,建立了人-机系统驾驶员模型和飞机模型,揭示了速率限制因素对人-机系统稳定性的影响规律,评估了基于速率限制的二类PIO的OLOP预测准则。该准则能否作为二类PIO评估准则进行了严格审查,评估了作为设计工具的潜在性。     

引入杆位移抑制滤波器的驾驶员诱发振荡防范方法

对人-机闭环系统进行数学建模,基于 Neal-Smith频域准则,对建立的模型进行参数匹配。在该模型条件下,以对驾驶员诱发振荡(Pilot Induced Oscillation,PIO)现象的产生机理及诱发因素的研究为基础,深入探讨了在恶劣环境下 PIO的防范方法,并利用 Neal-Smith频域准则对该防范方法进行评估。通过开环特性和闭环特性分析,确立了引入杆位移抑制滤波器的方法来有效抑制 PIO的发生,为飞机设计研制过程中有效防范 PIO提供借鉴和参考。     

Neal-Smith准则改进分析

驾驶员在环振荡判定准则较多,其中Neal-Smith准则的应用较为普遍.但Neal-Smith准则并不能准确反映PIO趋势,与驾驶员评估结论也存在一定差异.根据Neal-Smith准则进行飞机纵向驾驶员在环振荡分析的基本方法与程序,结合系统频域响应估算工具,分析得出满足系统性能要求的驾驶员相位补偿和增益区域,并基于该区域面积定义了新的PIO判断准则.与现有Neal-Smith准则相比,新的PIO判断准则可反映一类和二类PIO趋势随闭环系统参数的连续变化情况.     

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。     

驾驶员诱发振荡飞行培训和评定方法研究

总结了驾驶员诱发振荡(PIO)飞行培训和PIO等级评定(PIOR)方法.根据PIO发生的机理,分析了诱发PIO的因素.在某变稳飞机中,设置可能产生PIO的关键系统参数,设计了高增益的飞行培训任务,由3名飞行员完成任务后利用PIOR定量评估飞机的PIO趋势,研究了PIO飞行培训方法和等级评定方法.结果表明,用变稳机进行飞行员PIO飞行培训的方法合理可行,用PIOR可有效评定发生PIO的趋势等级.     

J 7Ⅱ飞机驾驶员诱发振荡的研究

本文应用人—机系统闭环控制原理,对J—7Ⅰ飞机的驾驶员诱发振荡(PIO)问题进行了研究。首先,建立了驾驶员—操纵系统—飞机本体组合系统及大气紊流的数学模型。其次较详细地分析了J—7Ⅰ飞机的驾驶员诱发振荡问题,复现了几次较为典型的PIO现象,找出了PIO的敏感区及排除PIO的方法;最后对理论研究的结果进行了模拟试验,验证理论分析的正确性.     

横航向驾驶员诱发振荡研究及地面模拟验证

本文建立了包括非线性环节在内的横航向驾驶员—操纵系统—飞机本体组合系统的数学模型,采用闭环控制原理,对JJ-7飞机横航向驾驶员诱发振荡PIO问题进行了研究,并详细地讨论了驾驶员参数及其各种操纵动作、操纵系统和飞机本体气动参数对横航向PIO的影响,探讨了横航向PIO产生的机理。文中以JJ-7飞机为例,采用时域法在整个飞行包线各点进行了检查,并用固基飞行模拟器进行模拟验证。其结果与理论计算结果相一致。     

驾驶员模型参数与飞行品质关系的研究

按 Neal-Smith准则要求,探讨了驾驶员模型参数与飞机飞行品质之间的关系。建立Neal-Smith准则的数学表达式,导出系统闭环幅频、相频特性对驾驶员模型参数变化的灵敏度公式,用牛顿迭代法,计算出满足 Neal-Smith准则条件的驾驶员模型参数,得出相应的闭环幅频、相频特性曲线,找得相应的驾驶员对飞行品质的评定等级。用该方法来计算和检查飞机的飞行品质是非常简捷的,且能看到驾驶员与飞行器之间关系是否合适和匹配     

主动侧杆引导下的Ⅱ型驾驶员诱发振荡抑制

现代飞机采用放宽静稳定性构型和侧杆控制器操纵,使得舵面速率饱和引起的驾驶员诱发振荡（PIO）成为影响飞行品质的一个重要因素。针对舵面速率饱和引起的Ⅱ型PIO问题,设计了主动侧杆人感系统,其弹性系数随着舵面偏转速率饱和的发生而改变,从而达到抑制速率饱和的作用。基于主动侧杆引导下的人机闭环系统模型,仿真分析和飞行品质评价验证表明,基于系统误差在线调整人感系统弹性系数,能够降低舵机速率饱和的程度,改善飞行品质,有效抑制舵机速率饱和引起的Ⅱ型PIO。     

A Criterion Based on Closed-loop Pilot-aircraft Systems for Predicting Flying Qualities

During the process of aircraft design, the mathematical model of pilot control behavior characteristics is always used to predict aircraft flying qualities (FQ). This is one of the important methods to avoid pilot-aircraft adverse coupling. In order to study the FQ criterion based on closed-loop pilot-aircraft systems, first, an experimental database is built, which includes 40 aircraft dynamics configurations and the corresponding flight simulation results. Second, the mathematical pilot models with a set of different aircraft configurations are obtained by this experimental database. Then, two FQ criteria, Neal-Smith criterion and Moscow Aviation Institute (MAI) criterion, are analyzed. And the relationship between the FQ level evaluated by actual pilot and the parameters of closed-loop pilot-aircraft systems is studied. Finally, an improved criterion of aircraft FQ is built based on the above two criteria. This new criterion is further used to predict FQ for four new aircraft dynamics configurations, and the prediction results verify its accuracy and practicability.     

基于人机闭环稳定性的舵机速率限制边界

舵机速率限制是造成电传操纵飞机人机耦合的主要原因。利用描述函数法对舵机速率限制非线性进行建模,分析舵机速率限制非线性、人机耦合发生频率及人机闭环稳定性间的关系,并基于此提出舵机速率边界的确定方法;以典型放宽静稳定性飞机为例,基于最优McRuer驾驶员模型,确定人机闭环稳定性所需的最小舵机偏转速率;基于开环起始点(OLOP)准则对所确定的速率限制边界进行验证。结果表明:本文提出的舵机速率边界的确定方法最小成本地避免了人机耦合;所确定的舵机速率限制边界与OLOP准则边界对应的舵机速率基本吻合,即所建立的舵机速率限制边界确定方法合理。     

现代飞机俯仰跟踪时诱发振荡预测分析

根据飞机纵向ＰＩＯ的特点，提出了预测分析ＰＩＯ所用的人－机闭环系统数学模型，其中飞机采用等效系统数学模型，驾驶员操纵采用ＭｃＲｕｅｒ模型，参数按地面人－机模拟飞行跟踪试验确定，集中介绍了四种飞机纵向ＰＩＯ预测准则，Ｓｍｉｔｈ－Ｇｅｄｄｅｓ准则，修正带宽准则，增益，相位裕度准则，Ｎｅａｌ－Ｓｍｉｔｈ原则，并提供了相应的计算方法。     

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。     

结构驾驶员模型与McRuer模型的仿真研究

根据驾驶员完成俯仰跟踪的人－机半物理实时仿真实验，分别对结构驾驶员模型和ＭｃＲｕｅｒ模型者了参数辨识，用两种模型和某电传操纵飞机纵向短周期等效系统模型构成人－机数值仿真系统，将模型仿真结果和实时仿真结果进行比较和分析，以便了解两种模型的特性，为深入研究闭环飞行品质提供参考依据。     

人─机系统动态特性的实时仿真与品质评价

飞机的飞行品质不仅取决于飞机本体动力学特性和驾驶员操纵动力学特性，更重要的是取决于驾驶员─飞机系统闭环特性。通过一名驾驶员在模拟工作台上，完成对某机在不同飞行状态下的俯仰跟踪仿真任务，辨识得出驾驶员操纵动力学模型；对驾驶员─飞机闭环系统数学模型进行数字仿真得出系统动态响应；再按Ｎｅａｌ—Ｓｍｉｔｈ准则评价了该机的飞行品质，并且与按ＭＩＬ—Ｆ—８７８５Ｃ规范要求的飞行品质进行了对比。     

人—机闭环系统的驾驶员模型研究

通过对驾驶员操纵行为的分析，提出了在人－机闭环系统研究中驾驶员环节数学描述的要求，对驾驶员的传递函数模型，最优控制模型和模糊控制模型进行了分析研究，并对驾驶员模型在人－机闭环系统动态品质分析方面的应用进行了研究。