论文总字数：26532字

摘 要

飞机飞行控制系统关乎到飞机可操纵性、安全性等，是飞机系统最重要的系统之一。完整的飞机飞行控制系统由控制律、舵回路、六自由度本体、气动力、大气数据计算机和驾驶员等模块构成。飞控系统从架构设计到模型开发集成的整个过程都十分复杂，必须综合考虑到控制、机械、液压等各个专业领域的影响。在架构设计和元件建模的过程中利用计算机仿真技术可以在很大程度上减少科研经费、大大缩短建模周期、降低成本。本文利用基于Modelica语言的MWorks软件对飞控系统进行建模与仿真研究。基于所构建的飞控系统仿真模型，设定既定的工况对系统进行仿真试验，将仿真结果进行分析以验证模型的正确性。通过仿真研究飞控系统的各项操作性能，总结飞控系统存在的问题，并提出合理有效的意见和建议。

关键词：飞控系统 Modelica MWorks 计算机仿真技术

Aircraft Flight Control System Modeling and Research

Abstract

Aircraft flight control system relating to aircraft maneuverability, safety, it is one of the most important aircraft systems system. Complete aircraft flight control system consists of the control law, rudder loop, six degrees of freedom body, aerodynamic, air data computer and the driver module. Flight Control System model development from architecture to integrate the entire process is very complicated, we must consider the impact of control, mechanical, hydraulic and other professional fields. Use of computer simulation technology in the process of architectural design and component modeling can reduce research funds in large part, greatly reducing the modeling cycle and reduce costs. In this paper, MWorks software which based on Modelica for flight control system modeling and simulation. Flight control system simulation model constructed based on a given set of operating conditions of the system simulation, the simulation results are analyzed to verify the correctness of the model. Performance of the operation by the flight control system, flight control system problems are summarized and put forward opinions and suggestions reasonable and effective.

Keywords: flight control systems; Modelica; MWorks; computer simulation technology

目 录

摘要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1课题研究背景 1

1.2课题研究目的与意义 1

1.3飞控系统发展概况 2

1.4本课题研究内容 3

第二章 飞机飞行控制系统建模方法的研究 4

2.1引言 4

2.2 Modelica语言的发展概况 4

2.3 Modelica语言的特点及优势 5

2.4建模平台的介绍 6

2.5基于MWorks平台的系统建模流程 7

2.6本章总结 9

第三章 飞机飞行控制系统的建模实现 10

3.1引言 10

3.2飞行控制系统模块化分解 10

3.3驾驶员模块 11

3.4控制律模块 15

3.5舵回路模块 17

3.6气动力模块 32

3.7六自由度本体模块 34

3.8大气数据计算机模块 35

3.9飞控系统的整体建模 36

3.10本章总结 37

第四章 飞控系统仿真分析 38

4.1引言 38

4.2仿真模型验证 38

4.2.1系统主要变量的含义 38

4.2.2仿真求解参数设置 39

4.2.3结果曲线分析 39

4.3本章小结 41

第五章 总结与展望 42

5.1本文总结 42

5.2进一步的工作与展望 43

参考文献 44

致谢 46

第一章 绪论

1.1课题研究背景

随着计算机技术的快速发展，计算机仿真技术在各个不同专业领域的应用越来越广泛。计算机仿真是对相应的物理系统进行数学描述后，计算机解算的过程，它对系统寿命的周期的长短有着重要的影响^[14]。计算机仿真技术不仅用于大型飞机的全任务飞行模拟器上，也用于辅助飞机的工程设计^[28]。飞机仿真可以让工程师设计并评估飞机，将缺陷消灭在飞机设计的最初阶段，也可以对各个系统进行多个原型设计，反复比较后确定飞机的系统部件；飞行仿真还能提前预演复杂多变的飞行姿态和运动轨迹，还可以对已发生的事故或故障进行推演^[6]。

本课题基于上述背景下，对飞机飞行控制系统进行建模，并对所搭建的模型进行仿真曲线分析，以达到研究真实飞行控制系统的目的。

1.2课题研究目的与意义

飞控系统是飞机系统中一个关键的复杂多领域系统，是飞机上用来传递操纵指令、驱动舵面运动的所有部件和装置的总和，是构成飞机的重要系统之一^[5]。飞控系统可以控制飞机的飞行姿态和运动轨迹，但其所决定的飞机稳定性和可操纵性之间存在一定的矛盾，需要通过仿真手段进行事先权衡，更重要的是飞控系统的设计不当会严重危及飞机和人员的生命安全^[2]。因此，对飞控系统进行必要的仿真与分析具有重要意义。此外，飞控系统还能够在一定程度的上减少飞行员的负担，以此提高飞行员控制飞行的安全可靠性和乘客在乘坐过程中的舒适性^[16]。为了有效降低实验工作量和科研费用与周期，所以要对设计方案进行早期的验证和预测，最大程度上减少不必要的损失。

本课题建立了飞控系统的仿真模型。通过将仿真结果与理论数据进行对比，对所建立的模型进行必要的验证与修改，来提高飞控系统模型的准确性和精确性，可以通过对参数的修改来实现对不同的飞行姿态和运动轨迹进行模拟仿真，然后利用参数的设定对飞机在模型状态下的俯仰、滚转、偏航等飞行动作进行仿真。通过对仿真数据的分析，以达到对飞控系统的准确设计与实现。 飞机飞行控制系统模型是控制、机械和电学等多学科交互连接的模型，是多领域统一建模仿真在飞机飞行领域的实际运用，对多领域建模思想和技术的运用推广具有一定的积极意义^[2]。

1.3飞控系统发展概况

直到现在，还是有许多飞机是人工操纵的，因为在面对各种意外时，人能够有巨大的学习新的行为方式的能力，这是机器不可比拟的^[7]。人在长期连续负载下，精神负担力过大，需要一个稳定飞机飞行速度和姿态的控制系统;而且在高空时示时，需要速度、高度、航向等运动参数，而驾驶员不具备测量这些控制参数的能力，需要有专业的测量传感元件^[27]。因此，自动飞控系统慢慢的取代了人工操作系统。自动飞控系统的发展主要分为这两个阶段^[7]：

请支付后下载全文，论文总字数：26532字