《自动飞行控制系统》课件21-22 电传操纵系统

1、自动飞行控制系统中国民航大学电传操纵系统介绍 电传操纵系统就是将控制增稳系统中的机械操纵部分完全取消，驾驶员的操纵指令完全通过电信号，利用控制增稳系统实现对飞机的操纵。电传操纵系统的结构如图 所示。 电传操纵系统介绍从图中可见，电传操纵系统是一个全时间、全权限的“电信号+控制增稳”的飞行操纵系统。因此，电传操纵系统具有以下特点：电传操纵系统主要靠电信号传递驾驶员的操纵指令，因此，其中将不再含有机械操纵系统。控制增稳系统是电传操纵系统不可分割的组成部分。如果没有控制增稳功能，系统仅能称为电信号系统，而不能称为电传操纵系统。 电传操纵系统介绍采用电传操纵系统，除了可以克服机械操纵系统的缺点外，还具

2、有许多优点，如进一步改善飞机的操纵品质，对飞机结构变化的影响不敏感，减少维护工作量以及更容易与自动飞行控制系统相耦合等。更为重要的是，采用电传操纵系统将为实现其他控制功能奠定基础，并为解决现代高性能飞机操纵与稳定中的许多问题提供有效手段。 电传操纵系统介绍尽管电传操纵系统具有许多优点，但也存在一些急需解决的问题。首先，全时间、全权限的电传操纵系统必须具有相当于机械操纵系统的可靠性，而达到这种要求需要付出极高的代价。采用余度系统提高系统的可靠性，其成本较高，且质量和体积也很难有明显的减小。此外，由于电传操纵系统主要的核心部件是电子部件，特别是数字部件，因此，易受到雷电和周围环境(如电磁干扰)的影

3、响。解决防雷电和电磁兼容性问题，是电传操纵系统设计中的重要问题。 电传操纵系统介绍1波音777主飞行操纵系统基本组成和工作原理波音777飞机主飞行操纵系统PFCS (Primary Flight Control Systems)是电传操纵系统。它的基本组成框图如图 2所示 电传操纵系统介绍 电传操纵系统介绍波音777飞机的正、副驾驶位分别配有一套操纵装置。操纵装置与飞机飞行操纵面是通过电信号连接且具有控制增稳功能，即主操纵系统是电传操纵系统。 电传操纵系统主要由以下部件组成： 主飞行计算机PFC (Primary Flight Computer)； 作动筒控制电子装置ACE (Actuator

4、 Control Electronics)； 动力控制组件PCU (Power Control Unit)； 人感系统Fu (Feel Units)； 配平作动筒TA (Trim Actuators)； 主飞行控制断开开关PFCDS (Primary Flight Control Disconnect Switch)； 飞行控制ARINC 629总线。 电传操纵系统介绍主要交联的分系统有： 三个自动驾驶飞行指引计算机(AFDC)； 两个飞机信息管理系统(AIMS)； 大气数据惯性基准单元(ADIRU)； 辅助姿态和大气数据基准组件(SAARU)。此外，与飞行控制ARINC 629总线直接相连的

5、还有电源组件。 电传操纵系统介绍在人工操纵时，由驾驶员控制操纵盘、操纵脚蹬踏板以及减速板手柄的移动，同时被多套相应的位移传感器感受，并将其转变成模拟电子信号，被送到作动筒控制电子装置，由该装置将其转化为数字信号，通过ARINC 629总线发送到主飞行计算机(PFC)。主飞行计算机通过飞行控制总线与飞机系统交换数据。它接收大气数据和惯性基准单元(ADIRU)或备用姿态和大气数据基准单元以及飞机信息管理系统的信号，并根据设计好的控制规律以及飞行保护功能进行计算，产生相应的控制指令。计算所得数字指令信号从主飞行计算机通过飞行控制总线再发送到作动筒控制电子装置(ACE)。 电传操纵系统介绍作动筒控制电

6、子装置将这些指令信号转换为模拟信号，并将它们发送到动力控制组件和安定面配平控制模块。动力控制组件控制每一个飞行操纵面。在自动驾驶仪工作时，主飞行计算机从所有三个自动飞行指引计算机(AFDC)接收自动驾驶指令，并依据控制律产生相应的控制指令通过ACE及PCU控制相应舵面。 电传操纵系统介绍2主要分系统介绍 (1)主飞行计算机(PFC) 电传操纵系统有三套完全相同的主飞行计算机，每套称为一个通道。每套PFC又包括有三个数字计算机支路（如下图），每个支路包括：一个输入信号监视器，一套控制法则，一个通道交叉监视器和一个主飞行计算机输出选择器。PFC能自动选择正常和辅助两种工作方式。在正常方式时，PFC

7、全部功能均能正常工作。当：PFC探测到从ADIRU或SAARU来的数据丢失了重要大气和姿态传感器数据时，PFC将自动选择辅助方式。辅助方式是一种降级工作方式，仅能实现特定的功能。主飞行计算机的主要功能是完成操纵面的指令计算，以使飞机达到所要求的稳定性和操纵性。PFC控制规律的主要功能如图 3所示。主飞行计算机体系框图 电传操纵系统介绍(2)作动筒控制电子装置(ACE)作动筒控制电子装置是一个信号变换器，且能够实现电传操纵系统的直接操纵模式。其组成如图 4所示，包括：模拟数字转换器；数字模拟转换器；直接电操纵方式选择逻辑；直接电操纵方式指令计算；对动力控制组件(PCU)伺服回路的闭环控制；激磁电

8、源控制。 电传操纵系统介绍 电传操纵系统介绍(3)动力控制组件(PCU)全机共有31个动力控制组件，为操纵各种气动舵面提供动力。每一个动力控制组件包括一个作动筒、一个电液伺服阀和位置反馈传感器，并与作动筒控制电子装置一起形成闭环伺服回路。当位置反馈传感器信号等于指令位置时，作动筒控制电子装置就终止对动力控制装置小的控制指令，相应的气动舵面将停止在指令位置。 电传操纵系统介绍 (4)电传操纵系统的主要信号源电传操纵系统的主要信号源是大气数据和惯性基准单元(ADIRU)。它由余度的静压、全压模块、环形激光陀螺、加速计和处理器组成。备用的姿态大气数据基准组件(IRU)为电传操纵系统提供信息的备份。A

9、DIRU及SAARU则通过ARINC 629总线与主飞行计算机交换信息。 电传操纵系统介绍(5)飞机信息管理系统(AIMS) AIMS也是一个重要系统，它可以实现与没有连接到飞行关键总线上的其他系统交换信息，它是一个高度集成、高可靠性的高速大容量数据信息处理系统。根据工作需要，它对收集到的各系统及外部数据进行计算和处理。AIMS具有多种软件处理功能，它为飞机的主显示系统(PDS)、飞机状态监视系统(ACMS)、飞行数据记录系统(FDRS)、数据通信管理系统(DCMS)、中央维修计算机系统(CMCS)、飞行管理计算系统(FMCS)以及推力管理计算系统(TMCS)等提供数据管理。(6)电源电传操纵

10、系统的电源是带有备份的三余度设备。供给电传操纵系统的电源是与飞机主电源隔离的，并由PSAS组件管理。 电传操纵系统介绍3电传操纵系统的工作模式电传操纵系统有三种操纵模式：正常模式、次要模式和直接模式，如图 所示。 (1)正常模式 人工飞行时，正常模式ACES接收驾驶员操纵输入信号，并把这些信号送给三台PFCS；PFCS则利用这些信号和来自飞机其他系统的有关信息，按设计的控制规律计算出操纵面指令。这些指令又被送到ACES；ACES把这些指令分发给相应的操纵面作动筒。 在正常方式时，系统能实现自动驾驶仪功能，边界限制系统将提供某些参数的自动保护功能，以降低不小心超出飞机飞行范围的可能性。 电传操纵

11、系统介绍 电传操纵系统介绍(2)次要模式 当PFCS由于内部故障或缺少飞机其他系统所需的信息而不能支持正常工作模式时，将自动转到次要模式。此时，ACES继续接收驾驶员操纵输入信号，并将其送给三台PFCS。但PFCS将使用简化的控制规律产生飞行操纵面指令。这些指令也同样送给ACES，并以正常模式同样的方法送给操纵面作动筒。在次要模式时，所使用的简化控制律将使飞机的飞行品质降低，在次要模式时，自动驾驶、推力自动补偿、自动减速板、边界限制和阵风抑制功能不能工作，且偏航阻尼不工作或性能降级。 电传操纵系统介绍(3)直接模式 当ACE发现三台PFCS信号联系中断后便自动转到直接工作模式。直接工作模式也可以人工选择(即把主飞行计算机电门断开)。在该种工作模式下，PFC不再产生操纵面指令。ACE接收驾驶员输人信号，直接传给操纵面作动筒。直接方式仍可以提供飞机继续安全飞行和着陆的所有操纵，但飞机的飞行品质降低，在俯仰回路中，由于在ACES中含有俯仰角速率陀螺，因此，仍然可以形成俯仰闭环增稳回路。与次要模式类似，上述的附加功能此时均不能实现。(4)应急机械备份工作模式 一旦电气系统完全切断，从驾驶舱到安定面及所用扰流板的机械操纵仍可使驾驶员一