偏航阻尼器设计747喷气式飞机

简化修剪的模型飞机在巡航飞行

有四个州:

β(侧滑角),φ(银行角度),偏航率,滚转率

和两个输入:舵和副翼变位。

所有角度和角速度弧度和弧度/秒。

鉴于矩阵A, B, C, D的调整模型,使用SS命令创建MATLAB®中状态空间模型:

= (-。0558 -。9968年.0802 .0415;.598 -。115 -。0318 0;-3.05 .388 -。4650 0;0.0805 0 1 0];(.00729 B = 0;-0.475 - 0.00775;0.153 - 0.143; 0 0]; C=[0 1 0 0; 0 0 0 1]; D=[0 0; 0 0]; sys = ss(A,B,C,D);

和标签的输入、输出和状态:

集(sys,“inputname”,{“舵”副翼的},…“outputname”,{“偏航率”“银行角”},…“statename”,{“β”“偏航”“滚”“φ”});

这个模型有一双轻阻尼的波兰人。它们对应于所谓的荷兰滚模式。看到这些模式,类型

轴(gca),“正常”)h = pzplot(系统);setoption (h,“FreqUnits”,“rad / s”,“网格”,“关闭”);

右键单击并选择“网格”情节阻尼和固有频率值。你需要设计一个补偿器,增加阻尼的两极。

从开环分析确定可能的控制”策略。轻阻尼模式的存在证实了”看着脉冲响应:“

impulseplot(系统)

检查20秒的响应在一个更小的时间框架,你也可以类型

impulseplot (sys, 20)

看情节从副翼银行角度φ。只显示这个情节,右键单击并选择“I / O选择器”,然后单击(2,2)条目。

这图显示了飞机周围振荡角零的银行。因此,飞机将在回应一个副翼冲动。这种行为很重要。

通常偏航阻尼器设计使用偏航率作为感觉到产出和舵作为输入。检查这个I / O的频率响应对:

sys11 =系统(“偏航”,“舵”);%选择I / Oh = bodeplot (sys11);setoption (h,“FreqUnits”,“rad / s”,“MagUnits”,“数据库”,“PhaseUnits”,“度”);

这情节显示周围的舵有很多权威轻阻尼荷兰滚模式(1 rad / s)。

一个合理的设计目标是提供一个阻尼系数ζ> 0.35,与固有频率Wn < 1.0 rad / s。最简单的补偿器是一种收获。使用根轨迹技术选择一个适当的反馈增益的值:

h = rlocusplot (sys11);setoption (h,“FreqUnits”,“rad / s”)

哦,看来我们需要积极的反馈!

h = rlocusplot (-sys11);setoption (h,“FreqUnits”,“rad / s”)

这看起来更好。点击蓝色的曲线,黑色广场跟踪增益和阻尼值。最好的可实现的闭环阻尼是大约0.45的增益K = 2.85。

现在关闭这个输出反馈回路看看脉冲响应

k = 2.85;cl11 =反馈(sys11 - k);

注意:反馈默认假设负面反馈

impulseplot (sys11“b——”cl11,“r”)传说(“开环”,“闭环”,“位置”,“东南”)

看起来不错的响应。

现在关闭循环完整的分布式天线模型,看看周围的响应副翼的样子。反馈回路中,输入和输出1植物:

砰声=反馈(sys - k 1,1);impulseplot (sys,“b——”砰声,“r”,20)%天线系统脉冲响应

偏航率响应现在阻尼。

然而,当移动副翼系统不再继续银行像普通飞机,从

impulseplot(砰声(“银行角”,副翼的),“r”,18)

你有over-stabilized螺旋模式。螺旋模式通常是一个非常缓慢的模式,允许飞机副翼输入银行,把没有常数。飞行员用于这种行为,不会像一个设计不正常飞行。

您需要确保螺旋模式不会移动深入海顿及飞机当我们关闭循环。飞行控制设计修复这个问题的一个方法是通过使用一个冲洗过滤器。

冲洗过滤器:

使用输出设计工具(帮助sisotool),可以图形化地调优参数k和找到最好的组合。在这个例子中,我们选择一个= 0.2或5秒的时间常数。

形成的冲刷过滤器= 0.2和k = 1

H = zpk (0、-0.2、1);

串联连接冲刷你的设计模型,并使用根轨迹确定滤波器增益k:

oloop = H * (-sys11);%的开环h = rlocusplot (oloop);setoption (h,“FreqUnits”,“rad / s”)sgrid

现在最好的阻尼是ζ= 0.305 k = 2.34。关闭循环与MIMO模型并检查脉冲响应:

k = 2.34;wof = H - k *;%冲刷补偿器砰声=反馈(sys wof 1,1);impulseplot (sys,“b——”砰声,“r”,20)

冲洗过滤器也恢复了正常bank-and-turn行为所看到的看着从副翼银行角度脉冲响应。

impulseplot (sys (2, 2),“b——”砰声(2,2)“r”,20)传说(“开环”,“闭环”,“位置”,“东南”)

虽然并不完全符合要求,该设计大大增加阻尼,同时允许飞行员飞机正常飞行。