CN105292503B

CN105292503B - 一种安全高效的自动飞行控制系统控制显示机构

Info

Publication number: CN105292503B
Application number: CN201510776341.2A
Authority: CN
Inventors: 董新民; 薛建平; 程建锋; 孔星炜; 石超
Original assignee: Air Force Engineering University of PLA
Current assignee: Air Force Engineering University of PLA
Priority date: 2015-11-10
Filing date: 2015-11-10
Publication date: 2017-12-08
Anticipated expiration: 2035-11-10
Also published as: CN105292503A

Abstract

本发明公开了一种安全高效的自动飞行控制系统控制显示机构，显示机构包括人机交互界面模块和控制逻辑模块，人机交互界面模块设置与控制律相对应的按压型按键，控制逻辑模块内置与按压型按键控制指令对应的控制律模态模块；当人机交互界面模块中的任意按键按下后，控制逻辑模块接收人机交互界面模块发出的激励指令，结合当前飞行状态和相关安全飞行准则，综合判断对应控制律模态模块的“接通/断开”指令，并通过人机交互界面模块按键上的“灯亮/灯灭”为飞行员提供对应控制律的状态信息。本发明特别有利于飞行员实时干预功能，并且描述问题程序简单，且执行效率高。

Description

一种安全高效的自动飞行控制系统控制显示机构

技术领域

本发明涉及飞机的飞控系统控制/显示技术，具体涉及一种自动飞行控制系统控制显示机构。

背景技术

自动飞行控制系统控制/显示机构是飞行员与飞机之间的交互装置，控制各个控制律模态的预位、接通与断开，同时显示当前所执行控制律的状态信息。对于现代多用途大型军用飞机，为完成一个飞行剖面，自动飞行控制律通常可分为纵向、横侧向和油门三个通道，且每个通道包括数个控制模态。如何对这些模态进行合理有效地管理，避免执行不合理甚至具有潜在危险的控制律模态组合，且易于飞行员理解，对于实现安全高效的飞行具有重大意义。

目前，自动飞行控制系统控制/显示机构没有统一的设计方法，众多资料都是采用状态流图(Stateflow)思想实现不同控制律之间的转化。但是，这种方法侧重于模态自动转化控制方式，对于具有飞行员实时干预功能的控制/显示机构，描述复杂，且执行效率偏低。

发明内容

为了克服现有控制显示机构设计方法的不足，本发明提出一种基于“层级结构”和“模块化”的设计思想，采用“与、或和非”等简单控制单元组成、容指令控制与状态显示为一体的控制显示机构，设计简单，且易于后期验证阶段的更改与校正。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种安全高效的自动飞行控制系统控制显示机构，显示机构包括人机交互界面模块和控制逻辑模块，人机交互界面模块设置与控制律相对应的按压型按键，控制逻辑模块内置与按压型按键控制指令对应的控制律模态模块；当人机交互界面模块中的任意按键按下后，控制逻辑模块接收人机交互界面模块发出的激励指令，结合当前飞行状态和相关安全飞行准则，综合判断对应控制律模态模块的“接通/断开”指令，并通过人机交互界面模块按键上的“灯亮/灯灭”为飞行员提供对应控制律的状态信息；

人机交互界面模块包括

自动/飞行指引控制方式按键/开关(A键)；

自动油门，包括“推力控制”(P键)和“自动油门”(M键)；

飞行管理系统，包括“水平导航”(Q键)、“垂直导航”(R键)和“飞行高度层”(S键)；

横侧向通道，包括“航向/航迹方位角选择”(H键)和“航向/航迹方位角保持(O键)”；

纵向通道，包括“垂直速度/航迹倾角控制”(G键)和“高度保持”(N键)；着陆，包括“航向道”(T键)和“进近”(U键)；

断开，包括“断开纵向”(V键)、“断开侧向”(W键)和“自动驾驶仪断开”(X键)，速度、航向和高度等指令值显示窗口。

其中，所述显示机构采用简单控制单元实现控制/显示逻辑设计，外层为自动/飞行指引控制方式，内层为各个具体的控制律模态，每个控制律模态概括描述为“接通逻辑”和“断开逻辑”两大部分。

其中，人机交互界面模块按键上设有状态指示灯。

其中，速度、航向和高度指令值显示窗口采用触摸屏。

其中，控制律模态包括但不限于垂直速度/航迹倾角模态、高度保持模态和航向保持模态

本发明具有以下有益效果：

特别有利于飞行员实时干预功能，并且描述问题程序简单，且执行效率高。

附图说明

图1为本发明实施例的控制/显示机构整体结构图；

图2为本发明实施例的人机交互界面设计图；

图3为本发明实施例中按压“左自动驾驶”按键时的控制/显示逻辑图；

图4为为本发明实施例中按压“垂直速度/航迹倾角”按键时的控制/显示逻辑图。

具体实施方式

为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1-2所示，本发明实施例提供了一种安全高效的自动飞行控制系统控制显示机构，显示机构包括人机交互界面模块和控制逻辑模块，人机交互界面模块设置与控制律相对应的按压型按键，控制逻辑模块内置与按压型按键控制指令对应的控制律模态模块；当人机交互界面模块中的任意按键按下后，控制逻辑模块接收人机交互界面模块发出的激励指令，结合当前飞行状态和相关安全飞行准则，综合判断对应控制律模态模块的“接通/断开”指令，并通过人机交互界面模块按键上的“灯亮/灯灭”为飞行员提供对应控制律的状态信息；

人机交互界面模块包括

自动/飞行指引控制方式按键/开关(A键)；

自动油门，包括“推力控制”(P键)和“自动油门”(M键)；

断开，包括“断开纵向”(V键)、“断开侧向”(W键)和“自动驾驶仪断开”(X键)。此外，还包括速度、航向和高度等指令值显示窗口。

所述显示机构采用简单控制单元实现控制/显示逻辑设计，外层为自动/飞行指引控制方式，内层为各个具体的控制律模态，每个控制律模态概括描述为“接通逻辑”和“断开逻辑”两大部分。

实施例1

以典型的按压“自动”(A键)和“垂直速度”(键)按键为例，说明本发明的控制/显示逻辑设计方法。

图3是按压“左自动驾驶”按键(图2中A键)时的控制/显示逻辑图。

1)接通逻辑

(a)“人机交互界面”的“自动驾驶仪断开”按键(即图3中的“断开”按键)未处于断开位置。

(b)飞机未处于“人工控制”或者“超控”状态。

(c)没有“限制自动驾驶接通”指令，主要包括飞控系统自身的良好性、自动飞控与电传系统交联的良好性以及当前飞行状态等因素。

同时满足以上三个条件，产生“容许自动接通”指令。

在“容许自动接通”条件下，飞行员按压“人机交互界面”左上角的“自动”按键，根据当前“飞行指引”和“自动驾驶”的不同状态，将调用不同的控制律。

(a)如果“左飞行指引”、“右飞行指引”或者“右自动驾驶”至少有一个已经接通，则“左自动驾驶”执行已有的控制律。

(b)如果“左飞行指引”，“右飞行指引”和“右自动驾驶”均未接通，对于纵向通道，执行“垂直速度”控制律；对于横侧向通道，倾斜角小于5°时执行“航向/航迹方位角保持”控制律，倾斜角5°～30°之间时执行“倾斜姿态保持”控制律，倾斜角大于30°时执行30°的倾斜角姿态保持控制律。

(c)如果“右自动驾驶”已经接通，且航向道和下滑道均已截获，当无线电高度小于1500ft时，自动激活“左自动驾驶”方式。

当“左自动驾驶”接通时，“人机交互界面”的“左自动驾驶”按键指示灯点亮，并处于锁定状态。

2)断开逻辑

(a)按压驾驶盘上的“自动驾驶仪断开”开关。

(b)按压“人机交互面板”的“断开”按键，或按压“纵向断开”和“横向断开”按键。

(c)用驾驶杆、驾驶盘或者脚蹬进行超控时。

(d)“限制自动驾驶接通指令”产生时。

图4是按压“垂直速度/航迹倾角”按键(图2-G)时的控制/显示逻辑图。

(1)接通逻辑

(a)“自动驾驶”或“飞行指引”至少有一种处于接通状态。

(b)飞机当前不处于“进近”锁定状态。

当满足以上两个条件时，会产生容许“垂直速度”接通指令。

此时按压“人机交互界面”的“垂直速度/航迹倾角”按键，将接通该模态，同时“人机交互界面”相应的状态指示灯点亮。

(2)断开逻辑

(a)接通其它“纵向激活”模态。

(b)断开“自动驾驶”和“飞行指引”。

(c)当飞行指引没有接通时，按压“断开纵向”按键。

(d)复飞指令产生时。

此外，当飞机爬升或下降到人机交互面板指定的高度范围内，将自动断开“垂直速度/航迹倾角”模态，并接通“高度保持”模态。

在满足一定条件下，接通“自动驾驶/飞行指引”时也可以产生垂直速度保持指令。

实施例2

控制任务为：在当前飞行状态下，按照自动飞行方式，控制飞机维持当前表速，以10m/s的垂直速度爬升至高度10000m，并飞行至120°航向。

驾驶员的具体操纵方式为：

(a)按压人机交互界面左上方的“自动”按键(A)，当经过控制逻辑综合判断后满足接通条件时，自动控制方式接通，该按键上的指示灯点亮。

(b)按压“垂直速度/航迹倾角”切换按键(B)，使指令窗口(C)显示为“V/S”，调整滚轮(D)，使指示窗口(C)显示为“10”，完成爬升指令值的设置。调整高度设置滚轮(E)，使高度窗口(F)显示为10000，完成爬升高度值的设置。

(c)按压“垂直速度/航迹倾角”选择按键(G)，经过控制逻辑综合判断后满足接通条件时，垂直速度爬升方式接通，该按键上的指示灯点亮。

(d)按压“航向/航迹方位角”切换按键(H)，使指令窗口(I)显示为“HDG”，调整滚轮(J)，使指示窗口(I)显示为“125”，完成航向值的设置。

(e)按压“航向/航迹方位角”选择按键(K)，经过控制逻辑综合判断后满足接通条件时，航向选择方式接通，该按键上的指示灯点亮。

(f)将“自动油门”(L)开关置于接通位置，并按压“自动油门”按键(M)，经过控制逻辑综合判断后满足接通条件时，速度保持方式接通，该按键上的指示灯点亮。

当飞行至10000m高度，120°航向时，“垂直速度”以及“航向选择”模式将断开，该按键上的指示灯熄灭。此时将自动接通“高度保持”和“航向保持”模态，且对应按键上的指示灯点亮(N，0)。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种安全高效的自动飞行控制系统控制显示机构，其特征在于，显示机构包括人机交互界面模块和控制逻辑模块，人机交互界面模块设置与控制律相对应的按压型按键，控制逻辑模块内置与按压型按键控制指令对应的控制律模态模块；当人机交互界面模块中的任意按键按下后，控制逻辑模块接收人机交互界面模块发出的激励指令，结合当前飞行状态和相关安全飞行准则，综合判断对应控制律模态模块的“接通/断开”指令，并通过人机交互界面模块按键上的“灯亮/灯灭”为飞行员提供对应控制律的状态信息；

人机交互界面模块包括

自动/飞行指引控制方式按键/开关(A键)；

自动油门，包括“推力控制”(P键)和“自动油门”(M键)；

纵向通道，包括“垂直速度/航迹倾角控制”(G键)和“高度保持”，(N键)；着陆，包括“航向道”(T键)和“进近”(U键)；

断开，包括“断开纵向”(V键)、“断开侧向”(W键)和“自动驾驶仪断开”(X键)，速度、航向和高度指令值显示窗口。

2.根据权利要求1所述的一种安全高效的自动飞行控制系统控制显示机构，其特征在于，所述显示机构采用简单控制单元实现控制/显示逻辑设计，外层为自动/飞行指引控制方式，内层为各个具体的控制律模态，每个控制律模态概括描述为“接通逻辑”和“断开逻辑”两大部分。

3.根据权利要求1所述的一种安全高效的自动飞行控制系统控制显示机构，其特征在于，人机交互界面模块按键上设有状态指示灯。

4.根据权利要求1所述的一种安全高效的自动飞行控制系统控制显示机构，其特征在于，速度、航向和高度指令值显示窗口采用触摸屏。

5.根据权利要求1所述的一种安全高效的自动飞行控制系统控制显示机构，其特征在于，控制律模态包括但不限于垂直速度/航迹倾角模态、高度保持模态和航向保持模态。