CN106897474A - 一种飞机座舱压力控制系统控制性能评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于航空仿真、试飞及测试监控技术领域，涉及一种飞机座舱压力控制系统控制性能评估方法。在控制系统控制稳定的前提下，通过计算座舱压力的均方差值和座舱压力变化率的均方根值评估控制性能，座舱压力的均方差值和座舱压力变化率的均方根值越小，控制性能越好。本发明对于系统研制过程控制律设计、控制律参数优化提供量化指标，进一步提升飞机座舱压力控制系统控制性能。

Description

一种飞机座舱压力控制系统控制性能评估方法

技术领域

本发明属于航空仿真、试飞及测试监控技术领域，涉及一种飞机座舱压力控制系统控制性能评估方法。

背景技术

飞机座舱压力控制系统具有正常飞行、货舱卸压、战斗压差、水上迫降、应急卸压等飞行任务，为环控系统的关键系统，关系乘员的舒适性以及飞机的安全。所以对座舱压力控制系统控制性能评估显得尤为重要。座舱压力和座舱压力变化率为座舱压力控制系统的主要性能指标。

以往座舱压力控制系统地面试验、交付试验、飞行试验过程中，主要通过观察座舱压力的控制曲线是否满足系统设计要求来判断系统控制是否稳定，通过观察座舱压力变化率是否超出系统设计的范围来判断系统舒适性是否满足要求，没有将性能指标进行量化。

发明内容

本发明解决的技术问题：提供一种能够量化飞机座舱压力控制系统控制性能的评估方法。

本发明的技术方案为：一种飞机座舱压力控制系统控制性能评估方法，其特征在于，在控制系统控制稳定的前提下，通过计算座舱压力的均方差值和座舱压力变化率的均方根值评估控制性能，座舱压力的均方差值和座舱压力变化率的均方根值越小，控制性能越好。

作为本技术方案的一种改进，控制系统控制稳定，指座舱容积和座舱供气流量在一定范围内变化的情况下，座舱压力控制误差和座舱压力变化率符合控制指标的要求。

作为本技术方案的一种改进，通过填充硬质材料改变座舱的容积；通过切换模拟座舱系统供气流量模式改变座舱的供气流量。

作为本技术方案的一种改进，通过以下公式计算座舱压力的均方差值S，

其中，P_set为座舱压力目标值，P_i为第i个座舱压力数据，n为试验数据的总数。

作为本技术方案的一种改进，通过以下公式计算座舱压力变化率的均方根值E，

其中delt_P_i为第i个座舱压力变化率数据。

本发明的有益效果为：本发明解决了如何评估不同控制律对座舱压力控制系统控制性能的影响的问题，首先改变座舱容积和座舱供气流量来验证系统控制的稳定性，再通过座舱压力的均方差值及座舱压力变化率均方根值来评估座舱压力控制系统的控制性能优劣。本发明给系统研制过程控制律设计、控制律参数优化提供量化指标，进一步提升飞机座舱压力控制系统控制性能。

附图说明

图1为本发明所需的实验环境示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本技术方案作进一步详细说明。

一种飞机座舱压力控制系统控制性能评估方法，所述的方法为：在控制系统控制稳定的前提下，通过计算座舱压力的均方差值和座舱压力变化率的均方根值评估控制性能，座舱压力的均方差值和座舱压力变化率的均方根值越小，控制性能越好。

飞机座舱压力控制系统控制性能评估方法基于座舱压力控制系统控制性能试验设计，附图1中给出了座舱压力控制系统控制性能试验的连接关系。座舱压力控制系统控制性能试验环境由座舱压力控制系统控制器、座舱排气阀、座舱压力传感器、飞机座舱模拟舱、大气环境模拟舱、模拟航电系统组成，试验时模拟航电系统将飞行数据发送给座舱压力控制系统控制器，座舱压力控制系统控制器根据飞行数据确定座舱压力及压力变化率控制目标，再由座舱压力及压力变化率的控制误差调节座舱排气阀的开度，从而控制座舱排气阀的排气流量，使得座舱压力及压力变化率达到目标值。飞机座舱压力控制系统控制性能座舱压力控制系统控制器决定，进一步说飞机座舱压力控制系统控制性能由座舱压力控制系统控制律决定。在控制系统控制稳定的前提下，通过计算座舱压力的均方差值和座舱压力变化率的均方根值评估控制性能，座舱压力的均方差值和座舱压力变化率的均方根值越小，控制性能越好。

本发明首先通过改变座舱模拟舱容积大小和座舱供气流量来验证系统控制的稳定性，再通过座舱压力试验数据的均方差值及座舱压力变化率试验数据均方根值来评估座舱压力控制系统的控制性能。本发明为评估座舱压力控制系统控制性能优劣提供了量化指标。

所述的飞机座舱压力控制系统控制性能评估方法，运行步骤如下：

步骤1：确定试验流程。

1.1首先在模拟航电系统中设定飞行包线，并把飞行数据发送给座舱压力控制系统控制器。

1.2座舱压力控制系统控制器根据飞行数据确定座舱压力目标值P_set及座舱压力变化率控制目标值delt_P_set。

1.3通过座舱压力传感器采集座舱压力P并计算座舱压力变化率delt_P。

1.4计算座舱压力控制误差ΔP，即座舱压力控制目标值与座舱压力之差。

1.5计算座舱压力变化率控制误差Δdelt_P，即座舱压力变化率控制目标值与座舱压力变化率之差。

1.6座舱压力及压力变化率的控制误差获取后，座舱压力控制系统控制器由控制律计算并输出角度指令给座舱排气阀。

步骤2：验证座舱惯性特性对系统控制稳定性的影响。

选取需要进行评估的控制律进行如下试验，判断系统控制是否稳定。

2.1根据飞机座舱容积大小，使用硬质材料填充飞机座舱模拟舱，使得飞机座舱模拟舱与飞机座舱实际容积V大小相同，系统采用正常流量供气。根据预定的飞行包线按照步骤1试验流程进行试验，获取座舱压力和座舱压力变化率；

2.2增加填充的硬质材料，使得飞机座舱模拟舱与飞机座舱实际容积的μ倍，即μV，系统采用正常流量供气。根据预定的飞行包线按照步骤1试验流程进行试验，获取座舱压力和座舱压力变化率数据；其中μ＜1，μ的选择必须保证座舱排气阀在灵敏区域调节，μ一般取0.8或0.9；

2.3减少填充的硬质材料，使得飞机座舱模拟舱与飞机座舱实际容积的λ倍，即λV，系统采用正常流量供气。根据预定的飞行包线按照步骤1试验流程进行试验，获取座舱压力和座舱压力变化率；其中λ＞1，λ的选择必须保证座舱排气阀在灵敏区域调节，λ一般取1.1或1.2；

2.4计算座舱压力控制误差和座舱压力变化率，若座舱压力控制误差绝对值|ΔP|＜k₁,且座舱压力变化率绝对值|delt)_P|＜k₂，同时在飞机飞行的某一个时段有座舱压力控制误差趋于某一个值，即LimΔP→δ，则控制系统稳定。其中k₁为整个飞行包线系统允许的最大座舱压力控制误差，其中k₂为飞行包线各阶段(爬升、巡航、下降等)系统允许的最大座舱压力变化率，δ为系统控制静态误差δ＜k₁。

步骤3：座舱供气流量对系统稳定性的影响。飞机一般分为三种供气流量模式，经济、正常、最大模式。

选取需要进行评估的控制律进行如下试验，判断系统控制是否稳定。

3.1根据飞机座舱容积大小，使用硬质材料填充飞机座舱模拟舱，使得飞机座舱模拟舱与飞机座舱实际容积V大小相同，系统采用正常流量供气。根据预定的飞行包线按照步骤1试验流程进行试验，获取座舱压力和座舱压力变化率数据；

3.2根据飞机座舱容积大小，使用硬质材料填充飞机座舱模拟舱，使得飞机座舱模拟舱与飞机座舱实际容积V大小相同，系统采用经济流量供气。根据预定的飞行包线按照步骤1试验流程进行试验，获取座舱压力和座舱压力变化率数据；

3.3根据飞机座舱容积大小，使用硬质材料填充飞机座舱模拟舱，使得飞机座舱模拟舱与飞机座舱实际容积V大小相同，系统采用最大流量供气。根据预定的飞行包线按照步骤1试验流程进行试验，获取座舱压力和座舱压力变化率数据；

3.4计算座舱压力控制误差和座舱压力变化率，若座舱压力控制误差绝对值|ΔP|＜k₁,且座舱压力变化率绝对值|delt)_P|＜k₂，同时在飞机飞行的某一个时段有座舱压力控制误差趋于某一个值，即LimΔP→δ，则控制系统稳定。其中k₁为整个飞行包线系统允许的最大座舱压力控制误差，其中k₂为飞行包线各阶段(爬升、巡航、下降等)系统允许的最大座舱压力变化率，δ为系统控制静态误差δ＜k₁。

步骤4:挑选同时满足步骤2和步骤3的控制律，并选取相同试验环境的试验数据进行系统控制性能的评估

4.1座舱压力的均方差值S计算：

其中P_i为第i个座舱压力数据，n为试验数据的总数。

4.2座舱压力变化率的均方根值E计算：

其中delt_P_i为第i个座舱压力变化率数据。

在控制系统稳定的情况下，座舱不会超压差且不会释压。此时影响成员乘坐舒适性的直接因素就是飞机座舱压力变化率。

若两套不同控制律都能使系统稳定，则均方根值越小则系统控制性能越好。

若|E₁-E₂|＜ξ，说明此时两套不同控制律控制的误差变化率对乘员的舒适性影响完全相同。此时则座舱压力的均方差值越小，系统控制性能越好。

其中E₁为第一套控制律所控制的座舱压力变化率的均方根值，E₂为第二套控制律所控制的座舱压力变化率的均方根值，ξ为变化率允许最小增量值。

Claims (5)

1.一种飞机座舱压力控制系统控制性能评估方法，其特征在于，在控制系统控制稳定的前提下，通过计算座舱压力的均方差值和座舱压力变化率的均方根值评估控制性能，座舱压力的均方差值和座舱压力变化率的均方根值越小，控制性能越好。

2.根据权利要求1所述的一种飞机座舱压力控制系统控制性能评估方法，其特征为：控制系统控制稳定，指座舱容积和座舱供气流量在一定范围内变化的情况下，座舱压力控制误差和座舱压力变化率符合控制指标的要求。

3.根据权利要求2所述的一种飞机座舱压力控制系统控制性能评估方法，其特征为：通过填充硬质材料改变座舱的容积；通过切换模拟座舱系统供气流量模式改变座舱的供气流量。

4.根据权利要求1所述的一种飞机座舱压力控制系统控制性能评估方法，其特征为：通过以下公式计算座舱压力的均方差值S，

$S=\frac{\underset{i=1:n}{\Σ}{(P_{set}-P_i)}^2}{n}$

其中，P_set为座舱压力目标值，P_i为第i个座舱压力数据，n为试验数据的总数。

5.根据权利要求1所述的一种飞机座舱压力控制系统控制性能评估方法，其特征为：通过以下公式计算座舱压力变化率的均方根值E，

$E=\sqrt{\frac{\underset{i=1:n}{\Σ}delt\_P_i^2}{n}}$

其中delt_P_i为第i个座舱压力变化率数据。