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。     

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。     

反馈结构RLF补偿器在抑制Ⅱ型PIO中的应用研究

现代电传飞行控制系统中由于作动器速率饱和产生的突然的附加相位滞后以及系统操纵增益的降低,是触发Ⅱ型PIO的主要原因,对此通常采用相位补偿的方法进行抑制。为研究补偿器的抑制效能,建立了非线性的人机闭环系统模型。在分析基于反馈结构的RLF补偿器频域特性及其相位补偿能力的基础上,采用离散俯仰跟踪任务与正弦跟踪任务在时域内仿真研究了补偿器对Ⅱ型PIO的抑制效能。仿真结果表明,RLF补偿器可以有效抑制Ⅱ型PIO,经地面飞行模拟器进一步验证,表明补偿器明显改善了飞机飞行品质,可以用于Ⅱ型PIO的抑制。     

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。     

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。     

前馈结构DASA抑制器在抑制PIO中的应用研究

现代电传飞行控制系统中由于作动器速率饱和产生的突然的附加相位滞后以及系统操纵增益的降低是触发非线性PIO的主要原因,对此通常采用相位补偿的方法进行抑制。为研究抑制器的抑制效能,建立了非线性的人机闭环系统模型。在分析基于前馈结构的DASA抑制器频域特性及其相位补偿能力的基础上,采用离散俯仰跟踪任务与正弦跟踪任务在时域内仿真研究了抑制器对PIO的抑制效能,结果表明该抑制器可以抑制非线性PIO。最后在地面飞行模拟器上进行了进一步验证,结果表明DASA抑制器可以改善飞机飞行品质,能用于PIO的抑制。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

某电传操纵飞机的Ⅱ型PIO预测和抑制对策研究

 由伺服作动器速率限制引起的 PIO被称为 型 PIO。采用描述函数方法分析了带有速率限制环节的某机人机系统特性,分析表明,当速率限制发生后,在 Nichols图上,系统幅相特性将出现突跃现象,相位滞后增加、幅值减小,此时系统可能出现极限环振荡,即 PIO。用突跃点的频率及其响应的幅值和相角来预测 型PIO,在飞控系统中引入了软件限制环节来减弱速率限制的不利影响。     

电传操纵运输机操稳适航性问题分析

电传操纵系统已经成为民用运输类飞机操纵系统的主流.现行适航规章与操稳特性相关的要求主要是基于机械操纵飞机制定的,而电传操纵系统可以设计成与机械操纵不同的操纵性和稳定性,使得适航规章要求与电传操纵飞机之间存在不一致.对波音和空客公司的电传操纵系统操稳设计特征进行了分析,对与适航性密切相关的几个关键问题进行了对比研究,包括主操纵装置型式、响应类型、稳定性特征、大迎角保护、操纵品质评价以及飞行控制律需求捕获与确认等问题,为电传操纵运输机的设计与适航审定提供了借鉴.     

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。     

纵向“人-机"组合系统的诱发振荡研究

本文介绍实用的驾驶员数学模型,分别研究了人-机械操纵系统（含杆系动态特性、非线性因素）-飞机以及人-控制增稳操纵系统-飞机组合系统的驾驶员诱发振荡问题,驾驶员模型中参数变化茄机械操纵系统中非线性因素对驾驶员诱发振荡的影响。得出的结论对研究人-电传操纵系统-飞机组合系统的驾驶员诱发振荡问题也是有益的。