小型无人直升飞机飞行控制电路设计

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1、分作用可以增强系统稳定性，设计为具有积分作用可以消除稳态误差。(2)典型的经典设计、根轨迹Bode图、Nyquist图等这些设计工具，使设计者能够看得见系统动态被修正的过程。(3)经典设计方法不仅由于长期使用而为广大工程师们所熟悉，而且用于评价和鉴定飞行控制系统性能和飞机飞行品质的准则和判据也都是建立在经典控制理论的概念之上的，如：MIL．SPEC。然而，随着设计回路的增加，采用经典控制使设计过程变得越来越复杂和困难，而且当动态系统为多变量(即系统具有多个输入、多个输出、或多个反馈回路)时，采用经典控制设计并不能保证设计的

2、成功。现代控制系统设计的中心是两个概念：其一是设计直接基于状态变量的模型。第一个将状态变量模型与矩阵代数一起引入系统理论的是Kalman。状态变量的模型要比输入．输出(黑盒子)描述包含更多的系统信息。只要我们能从非线性飞机动力学中抽象出状态方程，便可用于控制系统的设计。第二个中心概念是使用一个数学上准确的性能准则所描述的性能规范，从这个性能准则便可得到控制增益的矩阵方程。如今求解这些矩阵方程的计算机软件有很多，经典的逐回路闭合的方法意味着控制增益是逐个选取的。与此完全相反，求解矩阵方程则是同时解出所有的控制增益，从而使多回

3、路同时闭合。那么这就意味着当系统具有多输入／多输出或多重控制回路时，设计者对设计自由度将具有更多的透视和了解。此外，使用现代控制理论设计控制系统比使用经典方法更快、更直接。在多数教科书中都介绍过基于状态变量反馈的传统设计方法，然而不足的一点是基本上都不适宜飞机飞行控制系统的设计。因此多少年来，传统的现代控制理论的飞行控制系统设计仅仅局限在教科书和各种论文上。结果是，学术界在用现代控制理论研究问题，而工程界却在沿用经典方法设计现代飞行控制系统。造成这种局面的原因主要有以下几个方面。(1)传统的现代控制理论基于状态变量模型。对

4、飞机飞行控制系统设计来讲，被控对象．飞机的完整的状态变量模型并非总是能准确描述，尤其是考虑到工程上的非线性和未建模动态特性。(2)传统的现代控制理论基于性能指标。对现代复杂的飞行控制系统设计来说，设计指标不是能用标准型式的性能指标来描述，也就是说要把MIL．SPEC中的飞行品质要求直接引入到系统设计即性能指标中，能够做到这一点并不容易。(3)传统的现代设计方法必须选择大量的设计参数，包括性能指标的加权矩阵。由于这些大量的参数选择的任意性，使得数学非常严密的现代控制设计方法失去了系统性。而且这些参数的经验并非能够基于设计者对

5、系统的理解和物理概念而实现。(4)在控制问题求解中使用状态反馈，而实际的工程应用中，并非所有的状态都是可测和可用于反馈的，这就引起了许多困难。(5)虽然引入观测器可从系统的模型的输入和输出所获得的信息中恢复不可测的状态，但是这个求解又产生了附加的问题，因为在反馈通道引入了高阶动态。即使这个附加的复杂性在某种程度上可以被接纳，而采用观测器的闭环系统特性与使用真实状态反馈的同样系统所展示的特性在瞬态期间不同，这一点就不能被接纳了。综上所述，要想推进现代控制理论在工程中，尤其是在飞机飞行控制设计中的应用，首先必须解决两个方面的问

6、题。也就是要在传统的现代控制设计方法上进行两个方面的改进，一是采用输出反馈或降阶技术，二是使用非标准的性能指标。目前，经过改进并且适宜于现代飞机飞行控制的现代设计方法主要有以下几种：LQ输出反馈设计方法；模型跟踪设计方法；特征结构配置设计方法：LQR／LTR设计方法；现代鲁棒设计方法；解耦控制设计方法；其他的现代设计方法。在飞控系统的工程实践中，无论采用哪种设计方法，在实现上都广泛采用了数字控制和增益调参。首先是数字控制，由于微计算机的高速发展，现代飞机的飞行控制系统大都采用数字式设计，如：美国的F．15E、F．18、F．

7、16C／D、x．29、AFTFF．16、F．117STELTH、Boeing-767、Boeing-777、航天飞机、F．22：欧洲的A320、A340等。数字控制具有许多优点，其中主要包括【l】：(1)能够实现复杂的多模态控制、多回路控制系统。如多模态控制，用软件易实现而且易转换。另外在模拟式控制中常常出现的积分漂移的问题也不存在了。(2)便于重新编排控制器的增益和结构。数字控制很容易实现增益调参，并能对系统进行重构。(3)用数字信号处理法对控制信号进行滤波。(4)在飞控系统的整个研制和开发过程中，很容易对控制律进行修改

8、和改进(包括未来的扩展功能)。如某机现在外场试飞，用一个便携式PC机就可修改控制律。然而，数字设计也引入了一些新的问题：(1)需要考虑与采样、保持过程和控制律计算有关的时间延迟；(2)要开发设计方法，以克服与Z平面设计有关的不足之处(应极准确地将极点配置在单位圆内)；(3)在飞行控制系统的实现中必须考虑