航向角选择飞行控制律

1、航向角选择飞行控制律实验指导书1. 实验目的（1）理解并掌握自动飞行控制系统中航向角选择控制律的基本原理、控制 方法、主要控制参数设计等；（2）掌握自动控制原理、自动驾驶仪横侧向姿态控制和飞行控制系统的相 关传感器等基本知识；（3）熟练使用 Matlab 仿真软件进行数值仿真。2. 实验内容（1）数值仿真模型搭建（2）模型认知与参数设置（3）航向角选择控制律仿真3. 实验原理（1）控制器的基本结构航向角选择模态的工作方式（Actual Heading Hold mode）是在接通自动驾 驶仪以及自动起飞或者没有着陆航向引导复飞（TO/GA）信号时侧向运动的基 本工作方式。 航向角选择模态主要控

2、制飞机的航向， 实现航向保持不变， 同时需 要通过自动驾驶仪控制机翼面滚转： 当翼面坡度为零时， 保持当前航向； 在飞机 转弯时，则先改平机翼， 再保持改平以后的航向。 如图所示为偏航角选择方式的 原理结构图接通时的偏航角侧 向 内 回 路航向 保持 控制 逻辑飞机模型采用航向角控制方式，航向姿态系统的航向位置指示器向飞行控制计算机输出飞机平飞状态航向信号与当前飞机的航向之间的航向偏差信号 ，此信号通 过飞行控制计算机同时把航向偏差信号加到副翼和方向舵通道， 实现飞机的协调 转弯，直到八变为零，即飞机转弯到给定的航向并稳定在该航向上。航向角选 择控制律的数学表示式为:rxpKKirxpGP -

3、即 DQ<S丿IS丿其中， GP为改平时飞机的航向，' DQ为飞机当前的航向；Kp和KJ为控制器的基本参数。侧向内回路的基本控制器通过副翼回路来实现滚转姿态的控制，而通过方向舵回路来抑制侧滑角，以减轻横航向间的耦合。滚转角控制回路的简化结构如图 所示:方方方方方 戶方方 -方方'方方方方方飞机模型方方 方方方方方方方方、一方方方方滚转角控制的简化数学表达式为：fK<pI s丿:.二 Kp K： ； r其中，其中Kp、Ki > Kp、心及K；为控制器的基本参数4. 操作步骤（1）数值仿真模型搭建在Matlab中打开Simulink组件，搭建航向角选择飞行控制律仿

4、真模型，女口 图所示(2) 模型认知与参数设置双击其中每个Simulink组件图标，弹出对话框后可设置参数，如图所示为滚转角控制内回路的PID控制参数设置对话框该实验给定了高度为10000m,空速为264m/s时的三种典型航向角选择控制 系统参数，具体参数可参考下表数据。也可根据需要重新调参，设计合理的航向 角选择控制律。情形控制器参数IKfai = 0.8,Kp = 1,Ki = 0.05, Kr = 2,Kb = 0.8, Kpusai = 1nKfai 二 0.5, Kp = 3,Ki 二 0.02, Kr = 1,Kb = 1.8, Kpusai 二 2川Kfai =2,Kp =3,K

5、i =0.01,Kr = 1,Kb = 0.1,Kpusai = 35. 航向选择控制仿真对于三种典型航向角选择控制系统参数，选择第三组数据进行横侧向通道航向角选择飞行控制律的仿真。基准状态240m/s,初始高度为5000m。假设接通偏航角选择方式时飞机的初始状态为： = -30、-： 0 = 0*。航向角选择控制器的仿真结果如图所示。航向角当前航向一期望航向"航向角响应30252015105020406080100120140160180200t (s)350副翼偏角响应1110002806020TO )OXI806020-5O9eedu00218016012080604020)/fKhp5/偏航角速度响应OO 102 3 4 50 0 0 06 7 80 0 0>),£/0.2002180160120O ) w G 886020O按照同样的方法，设计飞行控制律为其他两种典型控制器参数， 可得到航向 角控制指令时的飞机状态变量响应过程。6. 实验思考题（1）横航向内回路的控制能否采用其他飞机的状态量设计反馈控制器？（2）解释什么飞机航向角选择与控制需要设计控制逻辑来完成？（3）