預(yù)防Ⅱ型PIO的作動(dòng)器設(shè)計(jì)-論文.pdf

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1、第32卷第3期西安航空學(xué)院學(xué)報(bào)Vo】．32No．32014年5月JournalofXi'anAeronauticalUniversityMay．2014預(yù)防Ⅱ型PIO的作動(dòng)器設(shè)計(jì)拜斌(海軍裝備部，陜西西安710089)摘要：重點(diǎn)分析由作動(dòng)器非線性因素(速率限制)引起的Ⅱ型PIO問題。將非線性因素線性化，采用赫爾維茨穩(wěn)定性方法分析線性時(shí)不變系統(tǒng)的穩(wěn)定性，采用二次型穩(wěn)定性方法分析參數(shù)時(shí)變系統(tǒng)的穩(wěn)定性。運(yùn)用ROBAN算法確定穩(wěn)定域，進(jìn)而得到條件分析模型，分析了三種條件下的PIO趨勢，給出合適的作動(dòng)器設(shè)計(jì)方法。仿真研究表明，采用該方法設(shè)計(jì)的作

2、動(dòng)器使得某型飛機(jī)飛控系統(tǒng)具有良好的魯棒性，可以有效避免Ⅱ型P10的產(chǎn)生。關(guān)鍵詞：速率限制；魯棒穩(wěn)定性IPIO中圖分類號：V212．12文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1OO8-9233(2O14)O3—0017一O4基于邏輯條件法設(shè)計(jì)的DS補(bǔ)償器[4]。引言文章針對飛控系統(tǒng)中作動(dòng)器速率限制引起的在工程實(shí)際中，大多飛行控制系統(tǒng)在伺服控制振蕩問題，采用魯棒穩(wěn)定性的方法來判斷飛機(jī)的(尤其是舵回路控制)中存在速率限制，當(dāng)伺服控制PIO趨勢，通過重新選取合適的作動(dòng)器參數(shù)，避免需求的舵面操控指令超過伺服作動(dòng)器的液壓或機(jī)了不穩(wěn)定性。械許可范圍時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)作

3、動(dòng)器速率或位置飽和，1問題描述有可能會(huì)引起PIO，其本質(zhì)為非線性影響使人一機(jī)閉環(huán)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性削弱。航空界中一般將因，人工駕駛飛機(jī)進(jìn)行俯仰角控制的原理如圖1作動(dòng)器速率限制導(dǎo)致的駕駛員誘發(fā)振蕩定義為Ⅱ所示，駕駛員控制目的是使飛機(jī)實(shí)際俯仰角8等于型PIOE¨，典型事例曾出現(xiàn)在C一17飛機(jī)和YF一期望值一跟蹤俯仰角指令，圖中K和N(s)分別22飛機(jī)上[2]。因此，評估閉環(huán)系統(tǒng)是否具有Ⅱ型表示駕駛員的控制增益、動(dòng)態(tài)特性；作動(dòng)器回路在PIO趨勢，設(shè)計(jì)操縱性能更好的飛機(jī)具有重要的正常工作范圍內(nèi)可以近似描述為帶寬為1}r的一階意義。線性環(huán)節(jié)，其中

4、非線性環(huán)節(jié)表示其工作速率受限；針對Ⅱ型PIO預(yù)測問題，國內(nèi)外展開了大量的()為作動(dòng)器輸出一舵面偏轉(zhuǎn)角。研究工作。國外主要從兩個(gè)方面：①從控制律和作動(dòng)器本身來考慮，采用提高舵機(jī)系統(tǒng)的舵機(jī)速率，但需要改變舵機(jī)尺寸和重量，因此未能廣泛應(yīng)用L3；②運(yùn)用補(bǔ)償技術(shù)。一是減少駕駛桿命令增益或減少反饋控制增益，但這會(huì)惡化飛行品質(zhì)；二是圖1俯仰控制人機(jī)系統(tǒng)原理方塊圖(具有速率限制的作動(dòng)器)速率限制被激活時(shí)對系統(tǒng)進(jìn)行相位補(bǔ)償，設(shè)計(jì)相位作動(dòng)器飽和特性如圖2所示，其最大輸入幅值補(bǔ)償系統(tǒng)有邏輯條件法和連續(xù)信號法。而國內(nèi)目“一，最大輸出幅值3，。。一Y。，表示線

5、性部分前主要采用相位補(bǔ)償技術(shù)進(jìn)行抑制，研究較多的是斜率為1。因此，當(dāng)作動(dòng)器沒有飽和時(shí)，其增益最大收稿日期：2014—04—03作者簡介：拜斌(1987一)，男，陜西渭南人，助理工程師，主要從事先進(jìn)飛行控制技術(shù)方面的研究。18西安航空學(xué)院學(xué)報(bào)第32卷L一1，而當(dāng)飽和且輸入作用幅值最大時(shí)，增益最條件1：當(dāng)ZHZ一時(shí)，系統(tǒng)不存在PIO趨勢，小L=Ymax／-，于是L∈[L1]，上述俯仰控且是“弱穩(wěn)定”的。制人機(jī)系統(tǒng)原理如圖3所示。由于時(shí)不變參數(shù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析方法不能直接用于分析時(shí)變參數(shù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性[引，因此條件～、1只能進(jìn)行保守估計(jì)，不能

6、完全保證系統(tǒng)全局穩(wěn)定性。當(dāng)參數(shù)變化時(shí)，只檢查赫爾維茨穩(wěn)定域如圖4／‰lx所示；曲線1滿足“弱穩(wěn)定”要求，曲線2中，zH與—^Z一的交點(diǎn)與閉環(huán)系統(tǒng)的一對純虛極點(diǎn)一致，系統(tǒng)頻率與系統(tǒng)描述函數(shù)獲得的極限環(huán)頻率一致[5]，系統(tǒng)不穩(wěn)定，具有明顯的P10趨勢。LKK?圖3俯仰控制人機(jī)系統(tǒng)原理方塊圖(線性化作動(dòng)器l在分析系統(tǒng)是否存在PIO趨勢時(shí)，除用L表示：二，／葉／IJ非線性因素外，還應(yīng)考慮駕駛員增益K，因?yàn)樵诟?￡．l￡仰角控制、空中受油以及下滑著艦等任務(wù)階段，需圖4Ⅱ型PIO趨勢的條件示意圖要駕駛員實(shí)施較大操縱，作動(dòng)器工作于飽和狀態(tài)，而穩(wěn)定域

7、ZH的確定采用RoBAN算法(該算可能引起PIO[2J。假設(shè)N(s)一1，則人一機(jī)閉環(huán)系法可用于分析不確定的LTI系統(tǒng)的魯棒穩(wěn)定性問統(tǒng)穩(wěn)定性問題的分析變?yōu)镵與L取值的討論。題[)在穩(wěn)定域Ⅱ中找到符合要求的穩(wěn)定域Ⅱ，進(jìn)為分析作動(dòng)器非線性影響，要考慮兩種情況：而確定Z的范圍。算法如下：時(shí)不變參數(shù)L和時(shí)變參數(shù)L。首先假設(shè)L線性時(shí)設(shè)為動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的指令，為影響系統(tǒng)性能的不不變，目的是在K。一L平面內(nèi)確定一個(gè)區(qū)域，使得確定參數(shù)的數(shù)量，令丌一[，r，丌2，?，]∈IICRp，丌圖1構(gòu)型的閉環(huán)動(dòng)態(tài)矩陣為赫爾維茨陣，此方法表示不確定參數(shù)向量，Ⅱ表示平面矩

8、形區(qū)域，zoo∈II“弱”，不能確保閉環(huán)系統(tǒng)的魯棒穩(wěn)定性。第二種方表示不確定參數(shù)的標(biāo)稱值口(·)：II—的向量，H法假設(shè)參數(shù)L∈[L1]為時(shí)變函數(shù)，稱作“魯棒”(丌b，JD)：一{，r：『Ja'-a'oII