CN111007876B - 一种直升机三轴飞控系统gs下滑功能的实现方法 - Google Patents

一种直升机三轴飞控系统gs下滑功能的实现方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种直升机三轴飞控系统GS下滑功能的实现方法，包括步骤1：当满足以下两种条件之一时，GS功能属于就绪状态，但不控制直升机；条件1：飞控系统LOC功能处于就绪状态；条件2：飞控系统LOC功能处于截获或跟踪状态下，下滑道偏差β＞0.5dot且无线电高度＞100ft；步骤2：当同时满足以下两种条件时，GS功能属于截获状态，控制直升机俯仰轴沿机场预设角度的下滑道飞行；条件1：飞控系统LOC功能处于截获或跟踪状态下；条件2：下滑道偏差β≤0.5dot且无线电高度＞100ft；步骤3：当直升机上的无线电高度降至100ft时，飞控系统GS功能由下滑自动转为平飞，最终保持无线电高度基准为80ft。

Description

一种直升机三轴飞控系统GS下滑功能的实现方法
技术领域
本发明属于本发明属于航空飞行器自动飞行控制技术领域，涉及一种直升机三轴飞控系统GS下滑功能的实现方法。
背景技术
在民用航空领域，机场会在飞机跑道的一侧建立ILS仪表着陆系统，其中包含对准跑道中心线的LOC航道信号，指示飞机降落角度的GS下滑信号，与跑道入口之间的距离信号，其中下滑信号可以引导直升机沿固定角度的下滑道下降高度，进而在低高度平飞状态下手动控制着陆。
一般四轴自动飞行控制系统使用总距轴控制飞机沿下滑道下降高度，通过俯仰轴来控制空速，进而实现空速稳定状态下的高度下降，控制精度较高。但是三轴自动飞行控制系统无总距轴，因此只能通过俯仰轴控制直升机低头来实现下降高度，而由于直升机低头飞行将导致升降速度逐渐增大。当直升机在100ft无线电高度由下滑状态转为80ft基准高度保持状态时，20ft的差值及大升降速度导致俯仰轴控制功效较大，造成第一次超调较大，高度保持精度不高。
发明内容
本发明的目的是：本发明的目的是：提出一种直升机三轴飞控系统GS下滑功能的实现方法，满足了轻型民用直升机三轴自动飞行控制系统GS下滑功能的需要。
本发明专利的技术方案是：
一种直升机三轴飞控系统GS下滑功能的实现方法，包括以下步骤：
步骤1：准备阶段：当满足以下两种条件之一时，GS功能属于“就绪”状态，但不控制直升机；
条件1：飞控系统LOC功能处于就绪状态；
条件2：飞控系统LOC功能处于截获或跟踪状态下，下滑道偏差β＞0.5dot且无线电高度＞100ft；
步骤2：截获阶段：当同时满足以下两种条件时，GS功能属于“截获”状态，控制直升机俯仰轴沿机场预设角度的下滑道飞行；
条件1：飞控系统LOC功能处于截获或跟踪状态下；
条件2：下滑道偏差β≤0.5dot且无线电高度＞100ft；
步骤3：平飞阶段：当直升机上的无线电高度降至100ft时，飞控系统GS功能由下滑自动转为平飞，最终保持无线电高度基准为80ft。
步骤2所述控制直升机俯仰轴，还包括以下步骤：
步骤2.1计算无线电高度Hrht在截获阶段的输出值V1；
步骤2.2计算下滑道偏差β的输出值V2；
步骤2.3计算截获阶段直升机俯仰角控制量V3；
步骤2.4将直升机俯仰角控制量V3送入飞控系统俯仰通道，控制直升机俯仰轴沿机场预设角度的下滑道飞行，此过程中无线电高度逐渐变小。
步骤2.1所述的计算无线电高度Hrht的输出值V1，具体为：对直升机上的无线电高度Hrht乘以系数K1，之后对乘积的结果进行+15的限幅，得到无线电高度Hrht的输出值V1。
步骤2.2所述的计算下滑道偏差β的输出值V2，具体为：对下滑道偏差β乘以系数K2，得到下滑道偏差β的输出值V2。
步骤2.3所述的计算直升机俯仰角控制量V3，具体为：将V1和V2相乘，以实现对下滑道偏差β的高度调参，而后将V1与V2的乘积结果再乘以系数K3，得到直升机俯仰角控制量V3，直升机俯仰角控制量V3的限幅值是±4°俯仰角。
步骤3所述的当直升机上的无线电高度降至100ft时，飞控系统GS功能由下滑自动转为平飞，最终保持无线电高度基准为80ft，具体包括以下步骤：
步骤3.1计算无线电高度Hrht在平飞阶段的输出值V4；
步骤3.2引入直升机的升降速度信号VS，将升降速度信号VS乘以系数K5，之后对乘积结果进行±20限幅处理，得到升降速度信号VS输出值V5；
步骤3.3将V4和V5相加后乘以系数K6，得到平飞阶段直升机俯仰角控制量V6，V6的限幅值是±4°俯仰角；
步骤3.4将平飞阶段直升机俯仰角控制量V6送入飞控系统俯仰通道，控制直升机俯仰轴最终按照80ft的无线电基准进行平飞。
步骤3.1所述的计算无线电高度Hrht在平飞阶段的输出值V4，具体为：计算无线电高度Hrht与基准高度之差，得到的差值乘以系数K4，之后对乘积结果进行±10的限幅，得到无线电高度Hrht在平飞阶段的输出值V4。
所述的无线电基准高度初始设定为100ft，在10s内均匀递减至80ft。
本发明专利的优点是：
本发明提出一种直升机三轴飞控系统GS下滑功能的实现方法，当下滑到100ft切换至平飞阶段时，初始基准高为100ft，但由于惯性直升机还在下滑，此时平飞阶段控制律控制俯仰角上仰为保持100ft，在之后的10s内基准高度均匀递减至80ft，这为直升机提供了约10s提前控制量，降低了第一次超调值，提高了高度保持精度，本发明提高了GS功能平飞阶段的高度保持精度，满足了轻型民用直升机三轴自动飞行控制系统GS下滑功能的需要。
附图说明
图1是本发明的功能原理图。
具体实施方式
如图1所示，一种直升机三轴飞控系统GS下滑功能的实现方法，包括以下步骤：
步骤1：准备阶段：当满足以下两种条件之一时，GS功能属于“就绪”状态，但不控制直升机；
条件1：飞控系统LOC功能处于就绪状态；
条件2：飞控系统LOC功能处于截获或跟踪状态下，下滑道偏差β＞0.5dot且无线电高度＞100ft；
步骤2：截获阶段：当同时满足以下两种条件时，GS功能属于“截获”状态，控制直升机俯仰轴沿机场预设角度的下滑道飞行；
条件1：飞控系统LOC功能处于截获或跟踪状态下；
条件2：下滑道偏差β≤0.5dot且无线电高度＞100ft；
步骤3：平飞阶段：当直升机上的无线电高度降至100ft时，飞控系统GS功能由下滑自动转为平飞，最终保持无线电高度基准为80ft。
步骤2所述控制直升机俯仰轴，还包括以下步骤：
步骤2.1计算无线电高度Hrht在截获阶段的输出值V1；
步骤2.2计算下滑道偏差β的输出值V2；
步骤2.3计算截获阶段直升机俯仰角控制量V3；
步骤2.4将直升机俯仰角控制量V3送入飞控系统俯仰通道，控制直升机俯仰轴沿机场预设角度的下滑道飞行，此过程中无线电高度逐渐变小。
步骤2.1所述的计算无线电高度Hrht的输出值V1，具体为：对直升机上的无线电高度Hrht乘以系数K1，之后对乘积的结果进行+15的限幅，得到无线电高度Hrht的输出值V1。
步骤2.2所述的计算下滑道偏差β的输出值V2，具体为：对下滑道偏差β乘以系数K2，得到下滑道偏差β的输出值V2。
步骤2.3所述的计算直升机俯仰角控制量V3，具体为：将V1和V2相乘，以实现对下滑道偏差β的高度调参，而后将V1与V2的乘积结果再乘以系数K3，得到直升机俯仰角控制量V3，直升机俯仰角控制量V3的限幅值是±4°俯仰角。
步骤3所述的当直升机上的无线电高度降至100ft时，飞控系统GS功能由下滑自动转为平飞，最终保持无线电高度基准为80ft，具体包括以下步骤：
步骤3.1计算无线电高度Hrht在平飞阶段的输出值V4；
步骤3.2引入直升机的升降速度信号VS，将升降速度信号VS乘以系数K5，之后对乘积结果进行±20限幅处理，得到升降速度信号VS输出值V5；
步骤3.3将V4和V5相加后乘以系数K6，得到平飞阶段直升机俯仰角控制量V6，V6的限幅值是±4°俯仰角；
步骤3.4将平飞阶段直升机俯仰角控制量V6送入飞控系统俯仰通道，控制直升机俯仰轴最终按照80ft的无线电基准进行平飞。
步骤3.1所述的计算无线电高度Hrht在平飞阶段的输出值V4，具体为：计算无线电高度Hrht与基准高度之差，得到的差值乘以系数K4，之后对乘积结果进行±10的限幅，得到无线电高度Hrht在平飞阶段的输出值V4。
所述的无线电基准高度初始设定为100ft，在10s内均匀递减至80ft。
实施例1，以某直升机为例，假设LOC功能为截获阶段，下滑道偏差β＝1dot且无线电高度Hrht＝300ft
就绪阶段：
此时符合就绪条件，GS下滑功能处于就绪阶段，飞控系统不控制直升机，直升机保持当前磁航向继续飞行，在这过程中下滑道偏差β将逐渐减小。
截获阶段：
当下滑道偏差β减小到0.5dot时，符合截获条件，因此飞控系统的GS下滑功能转入截获阶段，截获阶段的控制计算如下：
a)选取K1系数0.05，V1＝300ft＊0.05＝15，因超过+10限幅，因此V2被限幅，V2＝10
b)选取K2系数5，V2＝0.5dot＊5＝2.5
c)选取K3系数0.1，V3＝V1＊V2＊K3＝10＊2.5＊0.1＝2.5
d)V3被送至飞控系统俯仰通道，控制俯仰角为2.5°俯冲，控制直升机俯仰轴沿“沿给定角度的下滑道飞行，在这过程中无线电高度Hrht逐渐变小。
跟踪阶段：
当无线电高度Hrht减小到100ft时，符合跟踪条件，因此飞控系统的GS下滑功能转入跟踪阶段，假设VS升降速度信号＝1m/s，跟踪阶段的控制计算如下：a)选取K4系数1.4，由于无线电高度基准一开始为100ft，因此V4＝(当前无线电高度Hrht－100)＊1.4，10s后V4＝(当前无线电高度Hrht－80)＊1.4
b)选取K5系数2，V5＝1m/s＊2＝2
c)选取K6系数1，V6＝(V4+V5)＊K6＝[(当前无线电高度Hrht－80)＊1.4+2]＊1
d)V6被送至飞控系统俯仰通道，控制俯仰角为V6上下运动，控制直升机保持无线电高度80ft飞行。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的是让熟悉该技术领域的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此来限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神本质所作出的等同变换或修饰，都应涵盖本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种直升机三轴飞控系统GS下滑功能的实现方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：准备阶段：当满足以下两种条件之一时，GS功能属于“就绪”状态，但不控制直升机；
条件1：飞控系统LOC功能处于就绪状态；
条件2：飞控系统LOC功能处于截获或跟踪状态下，下滑道偏差β＞0.5dot且无线电高度＞100ft；
步骤2：截获阶段：当同时满足以下两种条件时，GS功能属于“截获”状态，控制直升机俯仰轴沿机场预设角度的下滑道飞行；
条件1：飞控系统LOC功能处于截获或跟踪状态下；
条件2：下滑道偏差β≤0.5dot且无线电高度＞100ft；
步骤3：平飞阶段：当直升机上的无线电高度降至100ft时，飞控系统GS功能由下滑自动转为平飞，最终保持无线电高度基准为80ft；具体包括以下步骤：
步骤3.1计算无线电高度Hrht在平飞阶段的输出值V4；
步骤3.2引入直升机的升降速度信号VS，将升降速度信号VS乘以系数K5，之后对乘积结果进行±20限幅处理，得到升降速度信号VS输出值V5；
步骤3.3将V4和V5相加后乘以系数K6，得到平飞阶段直升机俯仰角控制量V6，V6的限幅值是±4°俯仰角；
步骤3.4将平飞阶段直升机俯仰角控制量V6送入飞控系统俯仰通道，控制直升机俯仰轴最终按照80ft的无线电基准进行平飞；
系数K5为2；系数K6为1。
2.根据权利要求1所述的一种直升机三轴飞控系统GS下滑功能的实现方法，其特征在于：步骤2所述控制直升机俯仰轴，还包括以下步骤：
步骤2.1计算无线电高度Hrht在截获阶段的输出值V1；
步骤2.2计算下滑道偏差β的输出值V2；
步骤2.3计算截获阶段直升机俯仰角控制量V3；
步骤2.4将直升机俯仰角控制量V3送入飞控系统俯仰通道，控制直升机俯仰轴沿机场预设角度的下滑道飞行，此过程中无线电高度逐渐变小。
3.根据权利要求2所述的一种直升机三轴飞控系统GS下滑功能的实现方法，其特征在于：步骤2.1所述的计算无线电高度Hrht的输出值V1，具体为：对直升机上的无线电高度Hrht乘以系数K1，之后对乘积的结果进行+15的限幅，得到无线电高度Hrht的输出值V1。
4.根据权利要求2所述的一种直升机三轴飞控系统GS下滑功能的实现方法，其特征在于：步骤2.2所述的计算下滑道偏差β的输出值V2，具体为：对下滑道偏差β乘以系数K2，得到下滑道偏差β的输出值V2。
5.根据权利要求2所述的一种直升机三轴飞控系统GS下滑功能的实现方法，其特征在于：步骤2.3计算截获阶段直升机俯仰角控制量V3，具体为：将V1和V2相乘，以实现对下滑道偏差β的高度调参，而后将V1与V2的乘积结果再乘以系数K3，得到直升机俯仰角控制量V3，直升机俯仰角控制量V3的限幅值是±4°俯仰角。
6.根据权利要求1所述的一种直升机三轴飞控系统GS下滑功能的实现方法，其特征在于：步骤3.1所述的计算无线电高度Hrht在平飞阶段的输出值V4，具体为：计算无线电高度Hrht与基准高度之差，得到的差值乘以系数K4，之后对乘积结果进行±10的限幅，得到无线电高度Hrht在平飞阶段的输出值V4。
7.根据权利要求6所述的一种直升机三轴飞控系统GS下滑功能的实现方法，其特征在于：无线电基准高度初始设定为100ft，在10s内均匀递减至80ft。
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