MarK_V控制系统的介绍
MarK-V控制系统介绍
目录
一.MarK-V系统简介
二.MARK-V系统特点及安全性
三.MarK-V控制系统通信网络
四.控制器简介
五.控制软件简介
1.大机控制软件容
2.小机控制软件容
六.控制功能介绍
1.汽轮机速度控制—速度偏差
2. 汽轮机负荷控制—负荷命令DWR
3. 蒸汽流量控制— CVR
4 高压调阀阀位控制—CV阀位命令
5. MSV2控制—MSV2阀位命令
6. 数字式调节器
七. MarK-V的保护功能
1.跳闸信号与逻辑
2.前机架保护机构
3.截止阀调阀结构及控制接口
4.特殊保护逻辑
八.保护试验
1.保护试验总述
2.保护试验项目
3.特殊保护试验项目
九.汽轮机的运行
1.转子/腔室预暖
2.冲转准备
3.加速至额定转速
4.反流运行方式的几点说明
十.阀门试验
1.阀门试验总述
2.试验项目
十一.辅助阀门介绍
一.MARK-V系统简介
MARK-V是美国GE公司第三代数字式电液调节系统，MarK-V可以配置成单工或三冗余（TMR）方式。我厂为TMR配置，2×350MW汽轮机及4台给水泵汽轮机全部采用MARK-V控制系统。
在MARK-V控制系统中，所有用于保护的关键信号都输入到主控制器
我厂MARK-V控制系统具体配置如下：
（一）2×350MW汽轮机控制柜和其它设备的布置如图1所示
控制柜有两个：一个是电源柜，也叫辅助柜，柜安装有电源转换器 、通用控制器 能够完成对汽轮机系统的监视、速度控制、汽轮机负荷控制、蒸汽流量控制、高压调阀阀位控制、中压调阀控制、#2主汽门—MSV2控制、数字式调节器、跳闸逻辑、中压调阀快动—IV、早期阀门动作—EVA、功率负荷不平衡—PLU、甩负荷功能、汽机保护、保护试验、转子/腔室预暖、冲转准备、加速至额定转速、反流运行、截止阀（MSVs）试验、高压调阀（CVs）试验、中联门（CRV）试验、阀门严密性试验、旁路系统调节控制、与TSI的接口、转子应力计算和寿命管理、MarK-V与EX2000通讯、实时趋势图、实时数据采集、系统自诊断、事故记录及追忆、BOI运行、MARK-V与CCS、SCS、SOE、DCS报警系统等的接口等。 （二）4台给水泵汽轮机控制柜和其它设备的布置如图所示 控制柜有一个：包括主控制器 (三)硬件配置 1.操作员站：每台机组2台，大机小机各一台，486电脑，具有触屏功 能，安装在主控室。 2.工程师站：每台机组1台，安装在工程师站室。 3.控制柜：安装在电子设备间，大机主、辅控制柜配有中间端子排， 小机只有一个控制柜。 4.IKB键盘、跟踪球：配套配置。 二.MARK-V系统特点及安全性 （一） MARK-V（TMR）系统特点 1．基于PC的操作员接口，配有彩显、打印机，具有报警、事故记录、跳闸记忆等功能，显示画面可灵活修改。 2．分辨率的时间标签、高速数据采集能力（如数字信号采样周期为1ms）3．每个控制器作为一个分散式、多微理器控制器，具有最大的数据处理能力。 4．可与DCS的通讯以以太网连接，我厂MarK-V同DCS 采用硬线接口。 5．有较强的诊断功能，能诊断到卡件级能将故障的控制模件隔离，保证系统正常可靠运行。 6．在发生故障时，整个控制系统和各控制器可以在线维修，具有最大的可靠度。 7．数字式调阀控制回路，具有极佳的线性响应特性。 8．有和机组其它设备直接接口的模件，如汽轮机监视系统（TSI）、电流互感器（CT）、电压互感器（PT）等。 9．整个控制系统布置紧凑、结构合理，工作可靠，维护方便。 10．有完备的保护功能。在MarK-V控制系统中突出的采用了三冗余技术，即硬件三冗余及软件三冗余。硬件三冗余表现在配置上如 （二）MARK-V（TMR）系统安全性：MARK-V控制系统的安全性能具体表现在系统的可靠性。 1.采用三冗于控制器（TMR-TRIPLE MODULE REDUNDANT）< R >< S > 2.采用SIFT（SOFTWARE IMPLEMENTED FAULT TOLERANCE）容错技术：当三个控制器分别接到不同的跳闸信号，如 （1）润滑油压低，（2）轴向位移大（3）高压缸胀差大三个信号。不会导致汽轮机跳闸。 3.保护信号（测点）三冗于：如轴向位移、转速等。 4.跳闸继电器、伺服阀线圈三冗于：跳闸继电器PTR1、PTR2、ETR1、ETR2继电器采用三取二硬件表决。伺服阀线圈三冗于，两个以上线圈既可完成控制功能。 5.交叉跳闸：电气跳闸和机械跳闸通过L4-XTP交叉跳闸线圈完成电气跳闸时联机械跳闸，机械跳闸时联电气跳闸以保证跳闸系统的可靠。 6.电气跳闸阀为失电跳闸、机械跳闸阀为得电跳闸，跳闸继电器PTR1、ETR1常闭接点得电断开而失电闭合跳机械跳闸阀，跳闸继电器PTR2、ETR2常开接点得电闭合而失电断开跳电气跳闸阀，以确保跳闸系统的可靠性。 7.通信冗于：通信控制器< C >、< D>冗余设置，保证通信可靠。 8.备用操作员接口< BOI >：< BOI >可以随时进行操作，无须进行切换，可以完成对机组的监视、操作等功能。在< I >故障或失去通信时代替< I >进行工作。 9. .多项速度保护功能：中调门IV触发、功率负荷不平衡PLU功能、早期阀动作EVA功能、机械超速、电气超速、加速度、速度信号消失及甩负荷功能等多项保护。 10.MARK-V具有较强的诊断功能：能够完成卡件、I/O通道元件等故障的诊断。 11.事故记录：具有事故记录功能，分辨率能达到1ms，能更好的进行事故分析、判断。 12.输入接口：采用触屏、键盘、跟踪球等方式均可进行操作，增强了操作的可靠性。 13. 紧急超速跳闸：采用了独立的电气超速跳闸控制器，确保保护的可靠动作。 14.事故跳闸按钮：事故跳闸按钮采用冗余方式，分别控制机械电磁阀、电气跳闸阀，需两个按钮同时按下，才能完成跳闸功能，兼顾跳闸系统的准确可靠性。 15.模拟信号的硬表决：采用这种表决方法的典型例子三线圈伺服阀，调阀上的三线圈伺服阀由三个调节器控制，三个位置传感器（LVDT）提供相应的位置反馈。来自三个调节器的放大器输出电流控制调阀阀位，在调节回路的硬件设计中，当其中一个回路发生故障时，其余两个回路有足够的增益变化，用以补偿故障回路的输出。诊断逻辑监视LVDT、伺服阀线圈电流、A/D及D/A转换器的工作状态，如有异常立即报警，如发生严重故障则控制器会将故障回路进行隔离。 16.开关量输出的硬表决：这种表决方式很常见，如在TCTL上的主跳闸继电器（3PTR1，3PTR2）和电气跳闸继电器（3ETR1，3ETR2）都采用这种表决方法。来自主控制器的主跳闸信号（L86TRP）驱动3PTR1和3PTR2，这些继电器输出以图示方式互连，三取二的表决结果控制MTSV和ETSV，以保护汽轮机。来自 控制器的电子超速跳闸信号的表决过程大致相似， 中三块独立的电子超速保护模件 17．口令管理：通过口令的设置区分不同人员的操作权限，一般分操作员级、维护人员级、供货商级等，有效的分配不同人员工作权限及围。 18．电源独立及冗余：采用两路独立电源，每个控制器都有各自独立得电源，支持控制器的三冗余。 三.MARK-V控制系统通信网络 本厂的MarK-V控制系统为三冗余（TMR）配置。在MarK-V控制系统中，各类信息经各级通信网络由各控制器及操作接口计算机共享，通信由三个网络 完成，整个控制系统形成一个独立、分层的局域网（如图） 1.级链tage Link：为一外部ARCNET网络，以同轴电缆经 2.DENET：数据交换网络，这是MarK-V控制柜的部ARCNET型网络，DENET 使MarK-V各控制器建立通信。在MarK-V配置中，这也是控制信号表决功能的基础。 3.IONET：这是一个以菊花链型式连接的串行接口通信网络，是控制处理器模件（DCCA）与 、 四.控制器介绍 1．主控制器 主控制器 2．保护控制器 主要由三块相同彼此独立的模件 中还有一块重要模件—TCTL，在TCTL上装有与前机架保护机构相连的保护继电器及其它一些重要继电器。驱动机械跳闸电磁阀（MTSV）和电气跳闸电磁阀（ETSV）的继电器在这里进行表决后控制MTSV和ETSV等。 3．通用控制器 4．电源分配器 5． 用于完成功率负荷不平衡功能，实现MSV1 MSV2 IV1 IV2 RSV1 RSV2阀门的快动电磁阀、转子膨胀、键相等功能。 6． 这三个控制器都用于数字I/O信号，其中 7．电源 由UPS送来两路220VAC电源，转换成两路110VAC经高选门及AC-DC转换器后送至 8．备用控制器BOI 当主控制器发生严重故障或通信故障而不能正常工作，但又不能停机处理时，无须进行切换既可以用BOI对汽轮机进行最简单的手动控制。 五.控制软件和容 （一）大机控制软件 控制逻辑用大块语言（BBL）组成。 控制逻辑程序共有11段，每段有数十至几百级组成，各段容如下： 1.LST-Q1.SRC：汽轮机保护、速度控制、负荷命令、流量命令、CVs和 IVs控制。 2. LST-Q2.SRC：控制方式、AMS、VPL、负荷控制、转子和腔室予暖、汽缸温度保护。 3. LST-Q3.SRC：速度控制、保护试验、阀门试验。 4. LST-Q4.SRC：发电机自动同期。 5. LST-Q5.SRC：TSI、电磁阀控制、汽轮机旁路系统控制。 6. LST-REQ.SRC：监视、报警、继电器输出、汽轮机积水检测 7. LST-AUX.SRC： (1)润滑油系统控制。 (2)轴封系统控制。 (3)定冷水系统控制。 (4)氢气系统:控制、监视、报警。 (5)电动门控制。 (6)用户输出 8. LST-VPO：变压运行。 9. LST-BYP：温度检测、旁路控制顺序、旁路高压蒸汽压力控制、旁路低压蒸汽压力控制、旁路高压蒸汽温度控制、旁路高压蒸汽温度控制、汽机旁路控制监视和报警。 10.LST-MON：发电机氢监视、氢系统报警、主再热汽温度改变、轴承温度监视、水检测温度监视、定冷水、密封油报警。 11.LST-C1.SRC、LST-C2.SRC：阀位、ATS等参数监视、报警。 （二）小机控制软件 1诊断功能 2速度反馈 3速度逻辑比较器 4速度探头故障跳闸 5自启动 6手自动切换 7速度控制 8超速试验 9阀门位置控制 10盘车控制 11润滑油泵和事故油泵控制及试验 12偏心、振动、轴向位移监视 13振动、轴向位移、排汽真空、排汽温度、润滑油压及用户跳闸 14主跳闸回路 15报警监视 16阀门控制 17温度监视报警 18疏水阀控制 六. MrkK-V控制功能解析 控制功能简介 我们知道，汽轮机的速度/负荷由伺服阀驱动的调阀执行机构控制，MarK-V 三个主控制器（ 1．速度控制—包括起动加速、摆频、额定转速控制等功能。 2．负荷命令—有就地、遥控、速度匹配、MW反馈、负荷限制、频率控制等。 3．流量命令—汽轮机调阀命令，即调阀开度命令。 4．CVs阀位命令—确定各CVs的实际阀位。 5．IVs阀位命令—在不同运行方式下IVs阀位的控制。 6．MSV2阀位命令—MSV2特殊的阀位控制逻辑。 以下详细分析上述六大控制功能。 (一) 汽轮机速度控制—速度偏差 速度控制是MKV控制系统最基本也是最重要的功能之一，把汽轮机的转速控制在目标转速，同时完成一些重要功能如加速度控制、摆频等。速度控制的基本原理是速度偏差理论，速度偏差由如下控制逻辑形成： 1.选择目标速度：有以下几种选择 (1)选择阀关闭：–15%。 (2)选择不同的目标速度：200RPM、800RPM、2500RPM。 (3)选择额定转速：3000RPM。 (4)选择超速试验速度：3420RPM。 (5)选择任意目标速度：只在特殊情况和要求下采用。所选目标速度经高低函数块后得到实际目标速度—TNR_TGT1。 2．选择加速度：有三种不同的加速度选择—100rpm/min、150rpm/min、300rpm/min，得到实际加速度—TNR_RTE1。 (1)TNR_TGT1和TNR_RTE1经斜坡函数块形成速度命令1—TNR1。 (2)摆频：在汽轮机速度达到2500RPM附近，为避免长时间在叶片机械共振临界速度区域运行，摆频器自动投入工作，摆频周期为1分钟，摆频幅度为84RPM。TNR1经摆频后形成速度命令2—TNR2，TNR2即是最终速度命令。 (3)TNR2与实际速度（TNH1）之差得到速度偏差信号—TN_ERR。 (4)TN_ERR经速度偏差滤波器形成速度偏差1—TN_ERR1。该滤波器的作用是防止因发电机转子速度振荡、摆动引起调阀的晃动及磨损，它是一个简单的时间延时滤波器（0.80秒），当发电机离线或速度偏差>1.8RPM时滤波器不起作用。 (5)TN_ERR1经速度死区函数和调阀调节因子修正得到TN_ERR2，再经过另一死区函数，最终得到调节用的速度偏差信号—TN_ERR3。速度调节因子是速度偏差在流量调节作用中的增益。它有两个值：5%/sec（速度>2670RPM）或10%/sec （速度≤2670RPM），两值由实际速度进行无扰切换，在汽轮机速度较低时采用大的增益（10%），以增加速度控制回路的稳定性。 (二) 汽轮机负荷控制—负荷命令DWR 负荷命令控制功能流程主要有如下逻辑功能： 1．目标负荷命令DWR_TAR2 目标负荷命令根据控制方式的不同（就地方式、遥控方式），有不同的控制逻辑。在就地控制方式下，目标负荷由运行人员在计算机的CRT上设定，而在遥控方式下，经来自DCS的升（L90R_CO）降（L90L_CO）负荷脉冲和目标负荷速率（DWR_TAR2R）经积分函数得到目标负荷命令。两种控制方式可以无扰切换。 2．目标负荷速率DWR_TAR2R 在不同的运行方式下，控制逻辑选择相应的目标负荷速率。（1）速度匹配时为0.10%/sec,（2）甩负荷时为2.5%/sec,(3)发电机并网时为1.2%/sec,（4）遥控方式为0.17%/sec，（5）在负荷限制下为0.50%/sec，（6）MW反馈时的可变目标负荷速率，（7）就地控制方式下由运行人员设定。目标负荷速率均由主蒸汽压力修正。 3．负荷命令速率DWR_R 在不同的运行工况下由控制逻辑自动选择。 4．负荷命令DWR 目标负荷（DWR_TAR2）经主蒸汽压力修正和高低限后，和负荷命令速率（DWR_R）一起，形成负荷命令（DWR）。 5．MW反馈方式 在此方式下，实际负荷（DW1）与目标负荷（DWR_TAR1）产生的偏差用来控制负荷目标的升降，得到负荷命令（DWR）。 6．在发电机未并网时或甩负荷（FCB、PLU）情况下，控制逻辑将目标负荷命令设定为“无负荷流量值”—DW_NLF （3%或旁路投运时的5%）。 7．频率死区选择GNR（Governor Non-Regulating） GNR提供了±0.25Hz的频率死区，在这个小围的频率波动不会使调阀阀位产生变化以及相应的负荷波动。GNR在发电机并网后由控制逻辑自动选择，也可由运行人员在上设定。 (三) 蒸汽流量控制— CVR 蒸汽流量命令就是调阀开度命令，CVR由CVR1经不同的逻辑限制功能，分别得出CVR2、CVR3、CVR4、CVR5，最后得到蒸汽流量命令—CVR。 1．CVR1 CVR1由三部分组成：（1）负荷命令DWR，（2）速度偏差TN_ERR3，（3）级压力反馈（L83SPF）。 （a）DWR通常在0—100%围，对应零负荷至阀全开（VWO）状态。 （b）TN_ERR3：如前所述，TN_ERR3是实际速度偏差信号。 （c）级压力反馈 L83SPF 在汽轮机正常运行时，如不进行CVs活动试验（L83SPF=0），则级压力反馈不起作用，当进行CVs活动试验时（L83SPF=1），由于级压力的降低而产生一个补偿值，使CVR1随级压力的降低而增大以维持蒸汽流量值的恒定，因此试验过程中汽轮机运行工况基本保持不变。在CVs试验时，须满足如下条件：∣DWR+TN_ERR3-级压力反馈值∣＜10% 2．CVR2 CVR1经比例型主蒸汽压力限制器（MSPLP）即得到CVR2。 比例型主蒸汽压力限制器MSPLP：当实际主蒸汽压力小于MSPLP设定值时， 控制系统将关小CVs调阀开度，关小程度与它们的差值成正比，MSPLP一般用于核电汽轮机，本厂未投用此功能。 3．CVR3 CVR2经速率型主蒸汽压力限制（MSPLR）即得到CVR3。 速率型主蒸汽压力限制器MSPLR：当主蒸汽压力下降速率超过设定值时，控制系统将以比压力下降速率大的速率关小CVs调阀开度以保护汽轮机，此时负荷命令和目标负荷都跟踪CVR+2%，当MSPLR条件消失后，实际负荷将略增加到负荷命令值（CVR+2%）。MSPLR的设定值可以在上调整。 根据主蒸汽压力下降速率与设定值差值的不同，CVs调阀关小的速率有三个不同的值：－0.2%/sec、－0.4%/sec、－0.8%/sec。 4．CVR4 CVR3经阀位限制器（VPL）得到CVR4。 阀位限制器VPL：用以限制调阀位置在某一开度，以限制蒸汽流量稳定运行工况。 VPL还有另外一种形式：SB（SETBACK）。 5．CVR5 CVR4经VPL跟踪和VPL控制得到CVR5。 VPL跟踪和VPL控制可以由运行人员在上选择，其作用是在电网系统频率变化时防止调阀突然大幅晃动以保护汽轮机。 VPL跟踪：在此方式下，VPL=CVR+5%，也即阀位限制值自动跟踪CVR+5%。因此，电网频率突然下降时，CVR最多增加5%（CVs或IVs开度最多增加5%）。 VPL控制：CVR=VPL+5%，当电网频率突然下降时，CVR并不增加，因为此时CVR由VPL限制。当电网频率突然增加时，CVR最多减小5%。 6．CVR、CVR_SCL CVR5经取小逻辑最终得到流量命令CVR。 CVR_SCL是根据阀门特性曲线标定后的CVR值。 (四) 高压调阀阀位控制—CV阀位命令 CVR_SCL根据不同的进汽方式，经进汽方式特性函数（PA或FA方式）处理后得到CVs阀位命令的中间值（CVR_EA），CVR_EA再经CVs调阀特性函数处理后，最终得到CV1、CV2、CV3、CV4阀位命令—CV1REF、CV2REF、CV3REF、CV4REF。除了部分进汽函数特性不同外，CV1～CV4的其它控制逻辑完全一样。 (六)中压调阀控制—IV命令 它包括中调门（IVs）流量命令IVR和中调门（IVs）阀位命令IV1REF、IV2REF。 1．IVs流量命令IVR IVR由一个取小函数得到，该函数块有三个输入： 第一个输入是常数（TNKIVR5=105%），因此IVR的值不会大于105%。 第二个输入IVR2：当汽轮机在旁路方式下运行时，IVR=IVR2。由图可见，此时IVR=IVR2=CVR5×IVRG_MOD。IVRG_MOD为IVs的增益修正因子，它有两个常数值（1.05和1.68），两者之间可无扰切换。当汽轮机切至前向流方式且IVR ﹥62%时IVRG_MOD从1.05无扰切至1.68，使两个IVs全开且退出调节作用。当IVs参与调节时，其调节信号来自CVR5，根据CVR5的控制逻辑，不难理解此时IVs是如何进行速度和负荷控制的。 第三个输入IVR1：当汽轮机正常运行时（IVs不参与调节的情况下） IVR=IVR1 此时：IVR=IVR1=TNKIVR3（100%）+TN_ERR/TNKIVR1（0.02）+DWR×TNKIVR2（2.50） 正常运行(无旁路)时：IVR1=IVR2=128%，因此IVR=TNKIVR5=105%。 2．IVR1REF、IVR2REF IVR经IVs调阀特性函数（线性化函数）处理后，再经速率限制得到两个相同的值—即两个中调门的实际阀位命令IVR1REF、IVR2REF。 (五)MSV2控制—MSV2阀位命令 与MSV1不同，MSV2具有调节功能，因而装有伺服阀。MSV2REF等于SVR_BS2R，其输出围是0～100%，对应MSV2从全关到全开。当其部旁路阀全开时，SVR_BS2R=5.45%，当MSV2全开后，SVR_BS2R=100%。 在转子或腔室予暖时，SVR_BS2R等于运行人员设定值，在正常运行时，SVR_BS2R=102%。 （六）数字式调节器 如前所述，MarK-V的三个主控制器＜R＞＜S＞＜T＞经过复杂的控制算法和逻辑，最后得到各调阀的阀位命令，而实际的阀位由调阀的三个数字式调节器所控制。 数字式调节器在MKV系统中，根据控制对象的不同特性，可以定义五种不同类型的调节器，对于大型蒸汽轮机的控制而言，通常采用41型调节器。其中“4”表示“以位置反馈进行位置控制”，而“1”表示“指定第一个位置反馈作为控制信号”，对于TMR系统而言，每个调阀有三个位置反馈，分别与三个控制器的调节器回路相对应，由图可见，每个调节器回路中有两个A/D通道，“1”即表示采用第一个位置反馈通道（A/D），第二个位置反馈通道在41型调节器中不起作用，但在其它调节器类型中有用。 41型调节器的信号流程只表示了一个数字式调节回路，在MarK-V（TMR）系统中，每个调阀有三个这样的回路。对41型而言，三个LVDT经各自的第一个A/D通道转换处理后，分别与来自＜R＞＜S＞＜T＞的阀位命令相减，再经增益和偏置后，得到三个数字量控制信号，又经D/A转换和放大后，最终得到输出至伺服阀三个线圈的控制电流信号。 从以上分析可知，数字式调节器虽然结构略为复杂，但工作原理容易理解，它只不过是一个最简单的增益或比例调节器而已，其比例系数也可以在I/O组态中进行调整。 在每个调节回路中设计了如下保护： 1．电流故障保护：当伺服阀三个线圈中的一个线圈的实际电流与所要求的电流之差大于25%（最大电流，±40ma）时，相应控制器将该调节回路的输出电流强制为零，隔离该故障调节回路，使其它两个调节回路仍然能正确地控制调阀。该功能可以在I/O组态中选择，本厂未投用此功能。 2．LVDT故障保护：当某个位置反馈值超出－10%～105%围时，控制器将该调节回路的输出电流强制为零，隔离该故障调节回路，使其它两个调节器能正确控制调阀。 3.当发生上述两种故障时，如不将故障回路隔离，则调阀将不能正常工作（如调阀动作缓慢、晃动等），当故障回路隔离后，其它两个调节器通过增益补偿来保证调阀仍能正常工作。 4.当某个调阀的两个调节回路因故障被隔离后，该调阀就不可能正常工作， 如该调阀不能打开（此时需要较大的伺服阀电流）、快关（同样需要较大的反向电流）以及快开等。但根据实际工作经验，在负荷稳定或变化缓慢的情况下，因伺服阀所需的控制电流很小，一个调节器仍能正确控制调阀。 七．MarK-V的保护功能 MarK-V保护系统接收外部或部产生的跳闸信号，根据保护控制逻辑，使125VDC的机械跳闸电磁阀（MTSV）得电跳闸和使24VDC电气跳闸电磁阀（ETSV）失电跳闸。MTSV和ETSV是两个相互独立的跳闸系统，彼此又相互交叉跳闸，两者都通过释放危急跳闸系统ETS的液压油，使汽轮机跳闸。 保护功能主要包括：（1）跳闸信号和逻辑，（2）跳闸回路，（3）前机架保护机构，（4）阀门结构及控制接口（电磁阀和伺服阀等）。 （一）跳闸信号和逻辑 1．外部输入的跳闸保护信号见附表一： 2．跳闸回路 跳闸回路包括：（1）外部信号跳闸硬接线回路，（2）危急跳闸回路，（3）跳闸专用驱动模件TCTL，（4）跳闸回路端子板PTBA ，（5）前机架保护机构电磁阀等几部分组成。 来自主控制器（ ，经TCTL上的电气跳闸继电气ETR1（2/3）、ETR2（2/3），分别使MTSV得电、ETSV失电，跳闸汽轮机，电子超速的工作原理也是如此。另外， 中的电子超速跳闸也有交叉跳闸信号（L12XTRP）送至 MarK-V保护系统逻辑信号流程、与抗燃油系统和前机架保护机构的接口以及ETS系统与有关阀门的联系是（ 与125VDC（使MTSV得电跳闸）接口，同时又与24VDC跳闸母线（使ETSV失电跳闸）接口。 中的 值得注意的是，125VDC和24VDC电源丢失，不会使 中三块电子超速保护模件 （1）外部信号跳闸硬接线回路,该回路断开跳闸汽轮机。 所谓的外部跳闸信号，其实只有两个，一是用户跳闸信号即来自电气的跳闸信号，另一是来自BTG盘的跳闸按钮，按钮触点是常闭型的，断开跳闸汽轮机。该回路上有四个继电器，称为“4S”继电气，4S继电器两两并接后再串接在回路的首尾两端，形成“半四取二”表决逻辑，用以接通或断开24VDC（P24VR）跳闸母线。24VDC跳闸母线来自 中 （2）危急跳闸回路 其中包括了跳闸驱动模件TCTL，跳闸端子板PTBA以及有关电磁阀。 （A）TCTL TCTL是专为大型汽轮机保护系统设计的保护继电器驱动模件，有来自 的125VDC电源，来自 （B）跳闸按钮 在这里，按钮常开型的触点直接接至MTSV，闭合使MTSV得电跳闸汽轮机；按钮常闭型的触点直接接至ETSV，失电跳闸汽轮机。 （C）PTBA 为跳闸回路端子板，用以连接TCTL与前机架保护系统有关电磁阀和跳闸按钮。 （二）机架保护机构 保护机构有两大功能，一是在危急情况下能保证汽轮机可靠跳闸，二是在正常运行时进行各种保护试验。 1．跳闸保护：共有四条途径跳闸汽轮机。 （1）MTSV：跳闸逻辑使MTSV得电（2/3PTR1、2/3ETR1），释放机械跳闸活塞（MTP）中的润滑油压，使跳闸连杆脱扣，MTV在弹簧作用下向右（图示）移动，释放ETS压力，导致汽轮机跳闸。 （2）ETSV：跳闸逻辑使ETSV失电（2/3PTR2、2/3ETR2），ETSV二次阀使ETV的Y端口失压，ETV动作释放ETS压力跳闸汽轮机。 ETSV是二级阀：导阀和二次阀，有两个节流孔（直径2.54mm，9.53mm），一个球型逆止阀，使ETV快速动作跳闸。ETSV装有滤网以保护导阀，如该滤网堵塞则ETSV有可能不能立即复位或不能复位。该滤网在每次大修时应作检查，每五年必须更换。另外，当发生下列情况时，必须立即更换该滤网：（A）：ETSV故障，尤其是不能正常复位。 （B）：当伺服阀因抗燃油脏发生故障时。 ETV：电气跳闸阀，ETV中没有弹簧，靠阀两端的压差动作。当ETV跳闸动作时，在第一阶段，先切断P—A（ETS）油路，然后接通（ETS）A—T油路（直径1.75mm）。第二阶段，接通（ETS）A—T的另一油路（直径25.4mm）。这样设计，是为了在ELV闭锁后进行电气跳闸试验时，使MTV出口ELV的P断的压力不会立即很快下降，引起误跳。当完全失压时（如在MTV先动作时），尽管汽机已跳闸且ETS失压，ETV有可能仍处于复位位置，这是正常的，尤其在ETV的P和Y处同时失压，有可能发生这种现象。 （3）机械超速装置 在超速时，由于离心力的作用，偏心环飞出，撞击跳闸柄，使跳闸连杆脱扣，跳闸汽机。另外还有OTSV，用以充油试验。 （4）手动跳闸拉杆 这是汽机保护的最后一道防线。操作时先向逆时针旋转90°，再往外拉出，使汽机跳闸。 2．保护试验：见后面。 3．其它机械阀和电磁阀 （A）ORSV—油复位电磁阀。 （B）MTV—机械跳闸阀。 （C）MLV—机械闭锁阀。 （D）ELV—电气闭锁阀。 （E）两个空气继动阀。 4．前机架保护机构的设备如下： （A）六个电磁阀：MLV–SD1、ETSV–SD2、ELV–SD4、ORSV–SD5、OTSV –SD6、MTSV–SD7。 （B）四个机械阀：MTV、ETV、ARDV–1、ARDV–2 （C）四个压力开关：MTV–PS1、ETS–PS2、ETS–PS3、ETS–PS4 （D）六个行程开关：MTH–S3、MTPS、ORP–S2、MLV–S1、ETVS、ELV –S4。 （三）截止阀调阀结构及控制接口 1．1#主蒸汽截止门—MSV1为开环控制阀门。 （1）单线圈快动电磁阀1个。 （2）单线圈试验电磁阀1个。 （3）位置反馈LVDT1个，指示阀位。 （4）行程开关1个。 （5）切断阀1个。 （6）盘式卸压阀1个。 2．2#主蒸汽截止门—MSV2 MSV2为闭环调节阀，正常运行时全开，在转子/腔室予暖时，MKV控制系统经伺服阀调节阀门开度。MSV2装有部予启阀，在开MSV1和MSV2时，先打开予启阀，使阀后建立压力，才能打开MSV2主阀，在MSV2全开后，MSV1才能打开。 （1）三线圈伺服阀1个。 （2）其它结构与MSV1完全一样。 3．高压调阀CV1～CV4 CVs结构如图35所示，比较简单。 （1）三线圈伺服阀一个。 （2）LVDT3个。 （3）行程开关1个。 （4）导阀。 4．RSV1&RSV2 RSV1&RSV2结构与MSV1一样。 5．IV1&IV2 （1）三线圈伺服阀1个。 （2）快关电磁阀1个。 （3）LVDT3个。 （4）切断阀。 （5）盘式卸压阀。 （6）行程开关。 6．伺服阀 由于伺服阀在调节回路中起着重要作用，也是电液转换的关键部件，我厂在近半年来曾多次发生因伺服阀故障等原因造成跳机或被迫停机处理等事件，在此对伺服阀的工作原理和故障类型作一简要分析。我厂所用伺服阀型号为MOOG公司743003A，额定电流：±48ma，额定流量：25GPM。 伺服阀产生一个作为电气输入信号函数的连续的受控的液压输出，该受控 输出可以是流量、压差、或两者的组合。伺服阀可以是2、3、4或5油口，以四油口配置最为常见。一般而言，伺服阀有如下特点： （1）一般来说有两级或更多级。 （2）小功率电信号输入。 （3）输出与输入成线性关系。 （4）死区可以忽略不计。 （5）动态响应快，相位移小。 （6）阀芯/阀套一般为零遮盖。 MOOG伺服阀为弹簧档板结构，具有稳定性好、灵敏度高、零偏小，但对污染敏感、对油质要求高。 伺服阀的工作原理和过程都较简单，液压油经过滤器在二级阀（主阀）两端建立压力，在伺服马达无控制信号时，弹簧档板位于两个喷嘴中心位置，此时主阀两端压力相同而保持位置不变，当有控制信号送至伺服马达线圈时，弹簧档板偏离原来的中心位置，使两个喷嘴节流不一致，导致主阀两端有压差使阀芯移动，将液压油与执行机构油缸连通，或将油缸与回油油连通，以控制调阀到要求位置。当调阀到达要求位置后，反馈小球和连杆使档板重新回到中心位置，主阀恢复平衡状态，控制回路也达到平衡和稳定，这是一个动态平衡过程。 根据MOOG伺服阀的结构以及电厂和我厂使用情况，伺服阀的故障有以下几类： （1）入口过滤器堵塞。 （2）伺服阀部盘式过滤器堵塞。 （3）伺服马达损坏。 （4）马达线圈断裂。 （5）反馈小球冲蚀磨损。 （6）反馈连杆断裂。 （7）弹簧档片变形或失效。 （8）喷嘴堵塞。 （9）阀芯/发套失效，包括冲蚀失效、卡涩失效、淤积失效、腐蚀失效等。 7．试验电磁阀 MSV1、RSV1、RSV2都配有试验电磁阀，主要用于阀门试验。当电磁阀 得电时，释放油缸中的液压油，使阀门关闭。汽机正常运行时该阀失电，接通液压油至油缸，使阀门打开。 8．快关电磁阀 MSV1、MSV2、RSV1&2、IV1&2装有此电磁阀。当它得电时，释放盘式卸压阀中的ETS油压，使盘式卸压阀打开，释放执行机构中的液压油，快关阀门。 9．切断阀 MSV1&2、RSV1&2、IV1&2装有切断阀。该阀是靠弹簧和ETS压力动作的机械阀。当有ETS压力时，切断阀打开，为试验电磁阀或伺服阀提供液压油，装有切断阀的阀门可以在线更换伺服阀或试验电磁阀。 10．导阀 只有CV1～CV4装有导阀。该阀依靠偏置弹簧和ETS压力动作。当有ETS 压力时，导阀将来自伺服阀的液压油接通至执行机构油缸，一旦ETS失压，使 油缸液压油接通至回油管路，快速关闭调阀。 11．盘式卸压阀 MSV1&2、RSV1&2、IV1&2装有盘式卸压阀。该阀也是一依靠弹簧和ETS压力动作的机械阀。当ETS失压时，该阀靠弹簧拉力动作，接通执行机构油缸和回油管路，释放液压油，使阀门快关。 （四）特殊保护逻辑 在异常情况下，MKV中有几个特殊功能，用以保护汽轮机和发电机。 1．中调门快动—IVT 当发生≥10℅（额定负荷）的甩负荷事件时，通过正常的速度控制逻辑或伺服作用已无法使峰值速度控制在限值以。由于约70%的汽机功率是由中低压汽缸所产生，因此通过快关两个中调门（IVs）以快速减小汽机功率，达到降低峰值速度使汽机不致超速跳闸。 IVT有两个基本功能：（1）超速控制，（2）使汽机恢复至速度控制下的稳态—在IVs快关后，恢复IVs至伺服控制状态。 IVT发生条件：（1）再热蒸汽压力>10%，（2）主蒸汽压力>2%，（3）∣IVPOS –IVREF∣>10%。一旦IVT动作，快关IV1&2，当阀位偏差恢复正常后，IVT自动取消，IV1&2恢复伺服控制。 IVT由触发条件由 中的控制模件。 IVT可以由运行人员通过CRT在 2．功率负荷不平衡—PLU PLU的功能是为了在机组甩负荷时，通过快关CV1～CV4和IV1&2，使汽轮机避免过度加速和超速跳闸。 汽轮机的功率由经修正后的再热汽压力表示，发电机的负荷由三相电流之和经修正后得到 PLU发生条件： （1）汽轮机功率与发电机负荷之差＞40%（额定负荷） （2）发电机负荷丢失速率＞额定负荷/35ms 显然，只有在负荷＞40%（额定负荷）时，PLU才有可能发生。PLU一发生，负荷命令立即设为零，目标负荷命令以2%/秒的速率RB至“无负荷流量”值DW_NLF，另外完成其它一些辅助功能。在条件（2）消失后，经过1秒钟，IVs 重新开启恢复伺服作用，以控制汽轮机转速，而CV1～CV4只有在条件（1）（2）都消失后才能解除闭锁，重新打开恢复伺服作用。 如果PLU发生后又很快消失（条件（1）），PLU逻辑自动复位，此时目标负荷很接近PLU发生前的负荷值，CV1～CV4会重新打开至接近PLU发生前的开度。 如果PLU条件一直存在，负荷在45秒不能恢复，则目标负荷命令RB结束。当再热汽压力下降到低于40%（额定值）时，PLU逻辑自动复位，此时可以将转速控制在接近额定值准备并网。 如果电流信号（2/3）或再热汽压力信号（2/3）丢失，不会引起PLU动作，但却使PLU功能无效并产生诊断报警，在此情况下，应适当降低机组负荷，以避免由于甩负荷而引起机组超速跳闸。 PLU逻辑由 进行试验。另外来自DCS的快甩负荷（FCB）也能触发PLU。 3．早期阀门动作—EVA EVA主要是为了在电网发生故障（非甩负荷型故障）时，快关中压调门（IV1&2）约1秒，以减小机械功率，防止发电机功角的继续增大及随之而来的同期丢失。 EVA动作必须有如下三个条件： （1）汽轮机功率（再热汽压力）和电气功率（MW）之差超过设定值70%（UNB_EVA） （2）电气功率（实际MW）下降速率＞额定功率/35ms （3）来自电气的外部EVA条件允许。 电气功率由PT、CT计算得到。 UNB_EVA（70%）由制造厂经试验得到，表示发电机不失步所能承受的最严重的电气故障极限，换言之，UNB_EVA（70%）是能使发电机失步的最轻电网故障。 EVA动作后，如故障消失，则汽轮机的调阀控制可以保持发电机稳定运行。反之，如故障继续存在，那么发电机同期会丢失，汽轮机也会因超速或电气保护而跳闸。 4．关调阀 在MKV控制系统中设计了许多关调阀的控制逻辑。这些逻辑主要是在异常情况下（如运行参数不合理、设备异常等），通过全关或部分关闭有关调阀，保护机组的安全、可靠运行。另外，在机组正常运行时，一些特殊操作（如阀试验等）也会关小（或全关）有关调阀。关调阀的事件导致运行工况大幅波动甚至跳机。因此，对关调阀作一小结： （1）VPL动作。 （2）在VPL控制时，电网频率突然增大。 （3）MSPLR动作。 （4）FCB。 （5）RB。 （6）速度偏差＞5%。 （7）伺服阀故障或堵塞。 （8）调阀位置反馈故障。 （9）IVT。 （10）EVA。 （11）PLU。 （12）遥控方式时，降负荷继电器触点故障（一直闭合）。 （13）RSV1&2关闭，使IV1&2关闭。 （14）阀门活动试验或严密性试验（正常）。 （15）汽轮机跳闸。 八. 保护试验 (一) 保护试验总述 保护试验的目的是检查汽轮机在危急情况下能否及时可靠跳闸，试验由 共同完成。 1在试验过程中如有以下异常情况，MKV会产生诊断报警： （1）三个控制器部表决不一致。 （2）闭锁未能在2秒及时动作。 （3）闭锁时间超过10分钟。 （4）复位电磁阀得电或油复位活塞保持复位位置超过3分钟。 2 注意事项： （1）如机械跳闸系统一直维持在闭锁状态，或油复位活塞一直处于复位位置，则机械跳闸电磁阀（MTSV）、机械超速跳闸装置、以及手动跳闸拉杆将无法跳闸汽机。 （2）试验时运行人员应到现场观察试验过程中有关设备的动作是否正常，有无异响等。 （3）试验结束后，无论是机械跳闸系统还是电气跳闸系统，不应有任何设备处于跳闸或闭锁状态，画面上各方块的状态应为复位状态（OFF或NORM， 3 有关闭锁： （1）如在试验闭锁中，汽机发生实际跳闸，则闭锁自动解除，任何闭锁如超过10分钟或闭锁故障，有报警。 （2）在试验中如遇汽机跳闸或其它条件不允许试验，则试验自动取消。 （3）每次只能进行一个保护试验。 （4）在试验结束后，系统会自动解锁，“UNLOCK”只在试验过程中遇故障发生时才用，手动解锁有可能导致汽机跳闸。 4 其它： （1）每12～24个月，在停机时试验跳闸保护输入信号。 （2）每6～12个月，试验手动跳闸拉杆。 (二) 保护试验项目 1.机械跳闸活塞试验#1。 2.机械跳闸活塞试验#2。 3.机械超速跳闸试验—充油试验。 4.实际机械超速跳闸试验。 5.电子超速跳闸试验。 6.电气跳闸试验。 7.实际电子超速跳闸试验。 (三) 特殊保护试验项目 1.中压调阀快动（IVT）试验。 2.功率负荷不平衡（PLU）试验。 3.早期阀门动作（EVA）试验。 九．汽轮机运行 （一）转子/腔室预暖 1．转子预暖 在启动前，MKV会提示是否需要进行转子预暖，当高压转子中心孔温度低于149℃（前向流方式启动），以及再热汽排汽温度低于54.4℃时，必须进行转子预暖。转子预暖有两种方式。 （1）通过MSV2旁路阀进行转子预暖 允许条件：(a)选择“关阀门”，（b）汽机复位，（c）不在RFV方式预暖，（d）不在腔室预暖，（e）IVs全关。 一旦选择转子预暖后，MSVs、RSVs、IVs全关，CVs全开，各辅助阀门应在正确位置。 关闭有关疏水阀，逐步增加MSV2旁路阀开度（SVBV）直到第一级处的转子中心孔温度开始上升，MKV提供转子中心孔加热速率作为参考指导。 假如在预暖时汽机冲转，应减小SVBV设定值使汽机重新恢复盘车状态，否则MKV速度控制逻辑将自动关闭SVBV。预暖结束后，打开汽缸疏水阀，关闭SVBV。此时如偏心超过允许值（约0.03mm），应继续保持盘车，直到偏心满足冲转要求。 （2）RFV方式转子预暖 RFV方式转子预暖时，汽机可以在复位或跳闸状态，可在CRT上选择此预暖方式和适当的预暖速率即可。 自动飞行控制系统 飞行控制系统(简称飞控系统)的作用是保证飞机的稳定性和操纵性，提高飞机飞行性能和完成任务的能力，增强飞行的安全性和减轻驾驶员的工作负担。 深圳市瑞伯达科技有限公司，致力于成为全球无人机飞行器领导品牌，是智能化无人机飞行器及控制系统的研制开发的专业厂商，生产并提供各行业无人机应用的解决方案。产品线涵盖各种尺寸多旋翼飞行器、专业航拍飞行器、无人机飞行控制系统、无人机地面站控制系统、高清远距离数字图像传输系统、专业级无线遥控器、高精飞行器控制模块及各类飞行器配件 飞行器的自动飞行一、问题的提出早在重于空气的飞行器问世时，就有了实现自动控制飞行的设想。1891年海诺姆．马克西姆设计和建造的飞行器上安装了用于改善飞行器纵向稳定性的飞行系统。该系统中用陀螺提供反馈信号，用伺服作动器偏转升降舵。这个设想在基本概念和手段上与现代飞行自动控制系统有惊人的相似，但由于飞机在试飞中失事而未能成为现实。 60年代飞机设计的新思想产生了，即在设计飞机的开始就考虑自动控制系统的作用。基于这种设计思想的飞机称为随控布局飞行器（Control Configured Vehicle 简称CCV）。这种飞机有更多的控制面，这些控制面协同偏转可完成一般飞机难以实现的飞行任务，达到较高的飞行性能。 飞控系统分类飞控系统分为人工飞行控制系统和自动飞行控制系统两大类。由驾驶员通过对驾驶杆和脚蹬的操纵实现控制任务的系统，称为人工飞行控制系统。最简单的人工飞行控制系统就是机械操纵系统。不依赖于驾驶员操纵驾驶杆和脚蹬指令而自动完成控制任务的飞控系统，称为自动飞行控制系统。自动驾驶仪是最基本的自动飞行控制系统。飞控系统构成飞控系统由控制与显示装置、传感器、飞控计算机、作动器、自测试装置、信息传输链及接口装置组成。控制及显示装置是驾驶员输入飞行控制指令和获取飞控系统状态信息的设备，包括驾驶杆、脚蹬、油门杆、控制面板、专用指示灯盘和电子显示器(多功能显示器、平视显示器等)。传感器为飞控系统提供飞机运动参数(航向角、姿态角、角速度、位置、速度、加速度等)、大气数据以及相关机载分系统(如起落架、机轮、液压源、电源、燃油系统等)状态的信息，用于控制、导引和模态转换。飞控计算机是飞控系统的“大脑”，用来完成控制逻辑判断、控制和导引计算、系统管理并输出控制指令和系统状态显示信息。作动器是飞控系统的执行机构，用来按飞控计算机指令驱动飞机的各种舵面、油门杆、喷管、机轮等，以产生控制飞机运动的力和力矩。自测试装置用于飞行前、飞行中、飞行后和地面维护时对系统进行自动监测，以确定系统工作是否正常并判断出现故障的位置。信息传输链用于系统各部件之间传输信息。常用的传输链有电缆、光缆和数据总线。接口装置用于飞控系统和其他机载系统之间的连接，不同的连接情况可以有多种不同的接口形式。 自动飞行控制系统由自动驾驶仪、自动油门杆系统、自动导航系统、自动进场系统和自动着陆系统、自动地形跟随/回避系统构成。 RIBOLD瑞伯达科技有限公司,致力于成为全球飞行影像系统独家先驱，其产品线涵盖无人机飞行控制系统及地面站控制系统、影视航拍飞行平台、商用云台系统、高清远距离数字图像传输系统、无线遥控和成像终端及模型飞行器产品,多旋翼飞行器和高精控制模块。 RBD瑞伯达坚持创新, 以技术和产品为核心，通过完美的产品带来前所未有的飞行体验。我们的目标是做世界一流的无人机企业，为我们的客户提供一流的产品和服务! 自动控制原理选择题（48学时） 1．开环控制方式是按 进行控制的，反馈控制方式是按 进行控制的。 （A ）偏差；给定量 （B ）给定量；偏差 （C ）给定量；扰动 （D ）扰动；给定量 （ B ） 2．自动控制系统的 是系统正常工作的先决条件。 （A ）稳定性 （B ）动态特性 （C ）稳态特性 （D ）精确度 （ A ） 3．系统的微分方程为 222 )()(5)(dt t r d t t r t c ++=,则系统属于 。 （A ）离散系统 （B ）线性定常系统 （C ）线性时变系统 （D ）非线性系统 （ D ） 4．系统的微分方程为)()(8)(6)(3)(2233t r t c dt t dc dt t c d dt t c d =+++,则系统属于 。 （A ）离散系统 （B ）线性定常系统 （C ）线性时变系统 （D ）非线性系统 （ B ） 5．系统的微分方程为()()()()3dc t dr t t c t r t dt dt +=+,则系统属于 。 （A ）离散系统 （B ）线性定常系统 （C ）线性时变系统 （D ）非线性系统 （ C ） 6．系统的微分方程为()()cos 5c t r t t ω=+,则系统属于 。 （A ）离散系统 （B ）线性定常系统 （C ）线性时变系统 （D ）非线性系统 （ D ） 7．系统的微分方程为 ττd r dt t dr t r t c t ?∞-++=)(5)(6 )(3)(,则系统属于 。 （A ）离散系统 （B ）线性定常系统 （C ）线性时变系统 （D ）非线性系统 （ B ） 8．系统的微分方程为 )()(2t r t c =,则系统属于 。 （A ）离散系统 （B ）线性定常系统 （C ）线性时变系统 （D ）非线性系统 （ ） 9. 设某系统的传递函数为：,1 2186)()()(2+++==s s s s R s C s G 则单位阶跃响应的模态有： （A ）t t e e 2,-- （B ）t t te e --, （C ）t e t sin - （D ）t t te e 2,-- （ ） 10. 设某系统的传递函数为：,2 2186)()()(2+++==s s s s R s C s G 则单位阶跃响应的模态有： 第二章 自动控制系统的数学模型 基本内容 重点和难点 典型例题 分析 习题 一。基本内容 1． 学习建立系统数学模型的方法； 2． 熟练掌握传递函数的定义、性质、零点与极点； 3． 了解非线性数学模型线性化的方法； 4． 熟练掌握典型环节的数学模型及特点； 5． 熟练掌握结构图的绘制和等效方法及梅逊公式的应用。 掌握这些重点内容的目的是求出系统的传递函数，现将求解系统传递函数的方法图示 如下： 工作原理图信号流图 结构图系统时域响应表达式 传递函数 系统微分方程 二．重点和难点 1． 数学模型 研究一个自动控制系统，除了对系统进行定性分析外，还必须进行定量分析，进而探 讨改善系统稳态和动态性能的具体方法。因此首先需要建立其数学模型—描述系统运动规 律的数学表达式。 数学模型有多种形式，如微分方程、传递函数、结构图、信号流图、频率特性及状态 空间描述等，本章主要介绍三种，即微分方程、传递函数和结构图。 2．控制系统的动态微分方程式的列写 常用的列写系统或环节的动态微分方程式的方法有两种﹕一种是机理分析法，即根据 各环节所遵循的物理规律（如力学﹑电磁学﹑运动学﹑热学等）来编写。另一种方法是实 验辩识法，即根据实验数据进行整理编写。在实际工作中，这两种方法是相辅相成的，由 于机理分析法是基本的常用方法，本章着重讨论这种方法。 列写元件微分方程式的步骤可归纳如下： （1）根据元件的工作原理及其在控制系统中的作用，确定其输入量和输出量； （2）分析元件工作中所遵循的物理规律或化学规律，列写相应的微分方程； （3）消去中间变量，得到输出量与输入量之间关系的微分方程，即数学模型。 一般情况下，应将微分方程写成标准形式，即与输入量有关的项写在方程的右端，与 输出量有关的项写在方程的左端，方程两端变量的导项均按降幂形式排列。 3．传递函数 飞行控制系统 为了使无人机飞行控制系统具有强大的数据处理能力、较低的功耗、较强的灵活性和更高的集成度，提出了一种以SmartFusion为核心的无人机飞行控制系统解决方案。为满足飞控系统实时性和稳定性的要求，系统采用了μC／OS-Ⅱ实时操作系统。与传统的无人机飞行控制系统相比，在具有很强的数据处理能力的同时拥有较小的体积和较低的功耗。多次飞行证明，各个模块设计合理，整个系统运行稳定，可以用作下一代无人机高性能应用平台。 关键词：无人机；飞行控制系统；SmartFusion芯片；μC／OS-Ⅱ 0 引言 飞行控制系统是无人机的重要组成部分，是飞行控制算法的运行平台，它的性能好坏直接关系着无人机能否安全可靠的飞行。随着航空技术的发展，无人机飞行控制系统正向着多功能、高精度、小型化、可复用的方向发展。高精度要求无人机控制系统的精度高，稳定性好，能够适应复杂的外界环境，因此控制算法比较复杂，计算速度快，精度高；小型化则对控制系统的重量和体积提出了更高的要求，要求控制系统的性能越高越好，体积越小越好。此外，无人机飞行控制系统还要具有实时、可靠、低成本和低功耗的特点。基于以上考虑，本文从实际工程应用出发，设计了一种基于SmartFusion的无人机飞行控制系统。 1 飞控系统总体设计 飞行控制系统在无人机上的功能主要有两个：一是飞行控制，即无人机在空中保持飞机姿态与航迹的稳定，以及按地面无线电遥控指令或者预先设定好的高度、航线、航向、姿态角等改变飞机姿态与航迹，保证飞机的稳定飞行，这就是通常所谓的自动驾驶；二是飞行管理，即完成飞行状态参数采集、导航计算、遥测数据传送、故障诊断处理、应急情况处理、任务设备的控制与管理等工作。 飞行控制系统主要完成3个功能任务，其层次构成为三层：最底层的任务是提高无人机运动和突风减缓的固有阻尼——三个轴方向的阻尼器功能；第2层的任务是稳定无人机的姿态角——基本驾驶仪的功能(主要进行角运动控制)；第3层的任务是控制飞行高度、航迹和飞行速度，实现较高级自动驾驶功能。飞行控制系统原理框图见图1。 由上述分析易知，飞行控制系统主要由飞行控制器、传感器(或敏感元件)、舵机3部分组成。无人机飞行控制系统的基本架构如图2所示。 第二章双闭环直流调速系统 2-1 在转速、电流双闭环调速系统中，若要改变电动机的转速，应调节什么参数？改变转速调节器的放大倍数行不行？改变电力电子变换器的放大倍数行不行？改变转速反馈系数行不行？若要改变电动机的堵转电流，应调节系统中的什么参数？ 答：改变电机的转速需要调节转速给定信号Un※；改变转速调节器的放大倍数不行，改变电力电子变换器的放大倍数不行。若要改变电机的堵转电流需要改变ASR的限幅值。 2-2 在转速、电流双闭环调速系统中，转速调节器有哪些作用？其输出限幅值应按什么要求来整定？电流调节器有哪些作用？其输出限幅值应如何整定？ 答：转速调节器的作用是： （1）使转速n很快的跟随给定电压Un※变化，稳态时可减小转速误差，如果采用PI调节器，则可以实现无静差。 （2）对负载变化起抗扰作用。 转速调节器的限幅值应按电枢回路允许的最大电流来进行整定。 电流调节器作用： （1）使电流紧紧跟随给定电压Ui※变化。 （2）对电网电压的波动起及时抗扰的作用。 （3）在转速动态过程中，保证获得电动机允许的最大电流，从而加快动态过程。（4）当电机过载甚至堵转时，限制电枢电流的最大值，起快速的自动保护作用。电流调节器的最大值应该按变换电路允许的最大控制电压来整定。 2-3 转速、电流双闭环调速系统稳态运行时，两个PI调节器的输入偏差（给定与反馈之差）是多少？它们的输出电压是多少？为什么？ 答：若都是PI调节器，则两个调节器的输入偏差为0，即Ui※=Ui，Un※=Un；输出电压为：Ui※=βId=Ui，Uc=U d0/K s=RI d+C e n=(RUi※/β)+(CeUn※/α)。 2-4 如果转速、电流双闭环调速系统的转速调节器不是PI调节器，而是比例调节器，对系统的静、动态性能会有什么影响？ 答：若采用比例调节器可利用提高放大系数的办法使稳态误差减小即提高稳态精度，但还是有静差的系统，但放大倍数太大很有可能使系统不稳定。 2-5 在转速、电流双闭环系统中，采用PI调节器，当系统带额定负载运行时，转速反馈线突然断线，系统重新进入稳态后，电流调节器的输入偏差电压△Ui 是否为0，为什么？ 答：反馈线未断之前，Id=In，令n=n1，当转速反馈断线，ASR迅速进入饱和，Un※=Un※max，Uc↑，Id↑至Idm，Te＞T l，n↑，Id↓，△Ui出现，Id↑至Idm，n↑，Id↓，此过程重复进行直到ACR饱和，n↑，Id↓，当Id=In，系统重新进入稳态，此时的速度n2＞n1，电流给定为Un※max= Idmaxβ＞电流反馈信号Un= Inβ，偏差△Ui不为0。 2-6 在转速、电流双闭环系统中，转速给定信号Un※未改变，若增大转速反馈系数α，系统稳定后转速反馈电压Un是增加还是减少还是不变？为什么？ 答：Un不变，因为PI调节器在稳态时无静差，即：Un※=Un，Un※未改变，则，Un也不变。 2-7 在转速、电流双闭环系统中，两个调节器ASR、ACR均采用PI调节器。已知参数：电动机：Pnom=3.7kW ，Unom=220V ，Inom=20A ，nnom=1000r/min，电枢回路总电阻R=1.5Ω，设Unm*= Uim*= Ucm=8V，电枢回路最大电流 Idm=40A，电力电子变换器的放大系数Ks=40.试求： （1）电流反馈系数β和转速反馈系数α； （2）当电动机在最高转速发生堵转时的Ud0、Ui、Uc值。 解：（1）β= Uim*/Idm=8/40=0.2 α= Unm */ nnom=8/1000=0.008 1-3自动控制系统的分类 本课程的主要内容是研究按偏差控制的系统。为了更好的了解自动控制系统的特点，介绍一下自动控制系统的分类。分类方法很多，这里主要介绍其中比较重要的几种： 一、按描述系统的微分方程分类 在数学上通常可以用微分方程来描述控制系统的动态特性。按描述系统运动的微分方程可将系统分成两类： 1．线性自动控制系统描述系统运动的微分方程是线性微分方程。如方程的系数为常数，则称为定常线性自动控制系统；相反，如系数不是常数而是时间t的函数，则称为变系数线性自动控制系统。线性系统的特点是可以应用叠加原理，因此数学上较容易处理。 2．非线性自动控制系统描述系统的微分方程是非线性微分方程。非线性系统一般不能应用叠加原理，因此数学上处理比较困难，至今尚没有通用的处理方法。 严格地说，在实践中，理想的线性系统是不存在的，但是如果对于所研究的问题，非线性的影响不很严重时，则可近似地看成线性系统。同样，实际上理想的定常系统也是不存在的，但如果系数变化比较缓慢，也可以近似地看成线性定常系统。 二、按系统中传递信号的性质分类 1．连续系统系统中传递的信号都是时间的连续函数，则称为连续系统。 2．采样系统系统中至少有一处，传递的信号是时间的离散信号，则称为采样系统，或离散系统。 三、按控制信号r(t)的变化规律分类 1．镇定系统() r t为恒值的系统称为镇定系统(图1-2所示系统就是一例)。 2．程序控制系统() r t为事先给定的时间函数的系统称为程序控制系统(图1-11所示系统就是一例)。 3．随动系统() r t为事先未知的时间函数的系统称为随动系统，或跟踪系统，如图1-7所示的位置随动系统及函数记录仪系统。 图2.68 习题2.1图 解： (a) 11r c u u i R -=，2()r c C u u i -= ，122c u i i R +=，12122 121212 c c r r R R R R R Cu u Cu u R R R R R R +=++++ (b) 11()r c C u u i -= ，1 21 r u u i R -=，1221i i C u += ，121c u i R u =+， 121211122112121121()()c c c r r r R R C C u R C R C R C u u R R C C u R C R C u u ++++=+++ (c) 11r c u u i R -=，112()r C u u i -=，1122u i i R +=，112 1c u i dt u C = +? ， 121212222112122221()()c c c r r r R R C C u R C R C R C u u R R C C u R C R C u u ++++=+++ 2.2 试证明图 2.69(a)所示电路与图 2.69(b)所示的机械系统具有相同的微分方程。图2.69(b)中X r (t )为输入，X c (t )为输出，均是位移量。 (a) (b) 图2.69 习题2.2图 解： (a) 11r c u u i R -=，12()r c C u u i -= ，12i i i +=，22 1c u idt iR C =+? ， 121211122212121122()()c c c r r r R R C C u R C R C R C u u R R C C u R C R C u u ++++=+++ (b) 2121()c B x x K x -= ，1121()()()r c r c c B x x K x x B x x -+-=- ， 121221212121211212 ()()c c c r r r B B B B B B B B B x x x x x x K K K K K K K K K ++++=+++ @~@ 自动控制原理知识点总结 第一章 1.什么是自动控制？（填空） 自动控制：是指在无人直接参与的情况下，利用控制装置操纵受控对象，是被控量等于给定值或按给定信号的变化规律去变化的过程。 2.自动控制系统的两种常用控制方式是什么？（填空） 开环控制和闭环控制 3.开环控制和闭环控制的概念？ 开环控制：控制装置与受控对象之间只有顺向作用而无反向联系 特点：开环控制实施起来简单，但抗扰动能力较差，控制精度也不高。 闭环控制：控制装置与受控对象之间，不但有顺向作用，而且还有反向联系，既有被控量对被控过程的影响。 主要特点：抗扰动能力强，控制精度高，但存在能否正常工作，即稳定与否的问题。 掌握典型闭环控制系统的结构。开环控制和闭环控制各自的优缺点？ （分析题：对一个实际的控制系统，能够参照下图画出其闭环控制方框图。） 4.控制系统的性能指标主要表现在哪三个方面？各自的定义？（填空或判断） （1）、稳定性：系统受到外作用后，其动态过程的振荡倾向和系统恢复平衡的能力 （2）、快速性：通过动态过程时间长短来表征的 e来表征的 （3）、准确性：有输入给定值与输入响应的终值之间的差值 ss 第二章 1.控制系统的数学模型有什么？（填空） 微分方程、传递函数、动态结构图、频率特性 2.了解微分方程的建立？ （1）、确定系统的输入变量和输入变量 （2）、建立初始微分方程组。即根据各环节所遵循的基本物理规律，分别列写出相应的微分方程，并建立微分方程组 （3）、消除中间变量，将式子标准化。将与输入量有关的项写在方程式等号的右边，与输出量有关的项写在等号的左边 3.传递函数定义和性质？认真理解。（填空或选择） 第一章飞行控制系统概述 1.1飞行器自动控制 1.1.1飞行控制系统的功能 随着飞行任务的不断复杂化，对飞机性能的要求越来越高，不仅要求飞行距离远（例如运输机），高度高（高空侦察机），而且还要求飞机有良好的机动性（例如战斗机）。为了减轻驾驶员在长途飞行中的疲劳，或使驾驶员集中精力战斗，希望用自动控制系统代替驾驶员控制飞行，并能改善飞机的飞行性能。这种系统就是现代飞机上安装的飞行自动控制系统。 飞行控制系统的功能归结起来有两点：1）实现飞机的自动飞行；2）改善飞机的飞行性能。 飞机的自动飞行控制系统在无人参与的情况下，自动操纵飞机按规定的姿态和航迹飞行，通常可实现对飞机的三轴姿态角和飞机三个方向的空间位置的自动控制与稳定。例如，无人驾驶飞行器（如无人机或导弹等），实现完全的飞行自动控制；对于有人驾驶的飞机（如民用客机或军用飞机），虽然有人参与驾驶，但某些飞行阶段（如巡航段），驾驶员可以不直接参与操纵，而由飞行控制系统实现对飞机飞行的自动控制，但驾驶员应完成对自动飞行指令的设置和监督自动飞行的情况，并可以随时切断自动控制而实现人工驾驶。采用自动飞行具有以下优点： 1）长距离飞行时解除驾驶员的疲劳，减轻驾驶员的工作负担； 2）在一些恶劣天气或复杂的环境下，驾驶员难于精确控制飞机的姿态和航迹，自动飞行控制系统可以精确对飞机姿态和航迹的精确控制； 3）有一些飞行操纵任务，驾驶员难于精确完成，如进场着陆，采用自动飞行控制则可以较好地完成任务。 一般来说，飞机的性能和飞行品质是由飞机本身气动特性和发动机特性决定的，但随着飞机飞行高度及飞行速度的增加，飞机的自身特性将会变坏。如飞机在高空飞行时，由于空气稀薄，飞机的阻尼特性变坏，致使飞机角运动产生严重的摆动，靠驾驶员人工操纵将会很困难。此外，设计飞机时，为了减小质量和阻力，提高有用升力，将飞机设计成静不稳定的。对于这种静不稳定的飞机，驾驶员是难于操纵的。在飞机上采用增稳系统或阻尼系统可以很好地解决这些问题。 作业本 姓名： 班级： 10电本 科目：自动控制系统 黑龙江煤炭职业技术学院成人教育系 作业1 一、简答题 1、过程控制系统按其基本结构形式可分为几类?其中闭环系统中按设定值的不同形式又可分为几种? 答： 2、试述热电阻测温原理，常用热电阻的种类有哪些？ R各为多少？ 答： 3、试述过程控制系统中常用的控制规律及其特点。 答： 4、下图为异步电动机矢量变换与电流解耦数学模型，A，B分别为坐标变换模块，请指出它们分别表示什么变换？（8分）这些变换的等效原则是什么（2分）？ 二、分析与计算题 1如下图，转速、电流双闭环调速系统中，ASR 、ACR 均采用PI 调节器。已知参数：电动机：KW P N 7.3=， V U N 220=，A I N 20=，min /1000r n N =，电枢回路总电阻Ω=5.1R ，设V U U im nm 10* * ==，电枢回路最大电流 为 A I dm 30=，电力电子变换器的放大系数40=s K 。 试求： （1） 电流反馈系数β和转速反馈系数α；（5分） （2） 突增负载后又进入稳定运行状态，则ACR 的输出 电压c U 、变流装置输 出电压d U ，电动机转速n ，较之负载变化前是增加、减 少，还是不变？为什么？（5分） （3） 如果速度给定* n U 不变时，要改变系统的转速， 可调节什么参数？（5分） （4） 若要改变系统起动电流应调节什 么参数？此时，设 *n U 为正电压信号，在右图ASR 中应调节中 哪个电位器？（5分） （5） 当电动机在最高转速发生堵转时 的c i i d U U U U ,,,* 值；（10分） 习题 2-1、试列写图2-40中各电路的微分方程，图中1u 、2u 为输入、输出电压。 答：（a ） 设中间变量i1,i2,i3如图所示，则根据基尔霍夫电压回路、节点电流定律，得 dt C i R i u ?+ =12 111 -------------------（1） 22312 u R i dt C i +=? --------------------（2） dt C i u ? =2 3 2 -------------------（3） 321i i i += --------------------（4） 将（3）整理得： 223'u C i = ---------------------（5） 将（5）带入到（2），得 222212 'u u C R dt C i +=? ---------------------（6） 即 2122212'"u C u R C C i += ---------------------（7） 将（5）、（7）带入到（4）及（6）带入到（1），整理得 =+=? dt C i R i u 1 2 1112222132')(u u C R R i i +++ (a) (b) 图2-40 习题2-1用图 自动控制原理及应用 ·16· 2222122212221')''"(u u R C R u C u C u R C C ++++= 即 1222222121122211'''"u u u C R u C R u C R u C R C R =++++ 设111C R T =，222C R T =，213C R T =，则 122321221')("u u u T T T u T T =++++ （b ） 设中间变量i1,i2,i3如图所示，则根据基尔霍夫电压回路、节点电流定律，得 2111'Li R i u += -------------------（1） 2232'u R i Li += --------------------（2） dt C i u ?=32 -------------------（3） 321i i i += --------------------（4） 将（3）变形得： 23'Cu i = ---------------------（5） 将（5）带入到（2），得 2222''u Cu R Li += ---------------------（6） 即 ?+= dt u L u L C R i 22221 ---------------------（7） 将（5）、（7）带入到（4）及（6）带入到（1），整理得 =+=2111'Li R i u 222132')(u Cu R R i i +++ 22212222')'1 ( u Cu R R Cu dt u L u L C R ++++=? ------（8） 对（8）两边求导，整理得 121221221'')1( ")(u u L R u C R L R u C R C R =++++ 飞行控制系统功能介绍 目录 一、综述 (1) 二、飞控的相关系统说明 (1) 1.飞控的基本子系统 (2) 1.1航向控制系统 (2) 1.2速度控制系统 (3) 1.3高度控制系统 (4) 1.4自动着陆系统 (5) 2.测试机飞控所需的子系统 (6) 2.1GPS系统 (7) 2.2传感器、温湿度传感器系统 (8) 2.3飞行器自动稳定控制系统 (11) 2.4航向偏离控制系统 (11) 2.5显示系统 (12) 2.6信号反馈控制系统 (12) 2.7自动飞行控制系统 (13) 2.8自动导航系统 (14) 3.测试机飞控所需扩充系统功能 (15) 3.1自动避障系统 (15) 3.2语音播报系统 (17) 3.3物联网系统 (17) 3.4摄录系统 (18) 4.测试机飞控的其他功能 (18) 4.1自动寻路控制系统 (18) 4.2自动跟踪系统 (19) 4.3一键返航系统 (19) 4.4双飞控系统 (19) 4.5降落伞系统 (19) 5.飞行控制系统的常用外设接口 (20) 一、综述 本设计调研依据飞行控制系统（以下简称“飞控”）功能进行的系统调研。本飞行控制系统删减了翻滚、特技系统功能；以此对飞控系统的相关系统功能进行功能收集，由于本人的资料有一大部分是网络收集，会造成信息描述不准，还请大家见谅！。 飞控系统的相关子系统描述如下图1： 图1 二、飞控的相关系统说明 飞控系统的子系统功能分类方式有很多种，可以按飞控系统的子系统功能分类，按飞控系统涉及的子系统关联关系分类，按飞控系统设计的子系统基本功能和选配功能分类等等，本文现阶段以调研飞控系统功能为主，故选择按飞控系统的系统功能分类为主。 自动飞行控制系统的设计技术 摘要以某具体型号自动飞行控制系统为例，在对自动飞行控制系统的基本原理技能型论述的基础上，对系统设计过程中存在的典型故障以及解决故障的相关技术进行了论述和分析，给自动飞行控制系统设计工作提供参考。 关键词自动飞行；飞控系统；设计 1 自动飞行控制系统的构成与原理 1.1 系统的基本构成 1.2 系统原理 1）自动驾驶实现的原理 飞行控制系统主要包括三个基本回路，其中：导航回路，用以实现对飞机飞行轨迹的控制，又被称作为外回路；驾驶仪回路，主要用于确保系统的稳定性，确保对系统控制时具有稳定性特征，一般还被称作为内回路；伺服网路，该回路是控制命令的执行机构，确保控制系统的控制命令得以可靠执行，又被称作舵回路；驾驶仪回路，该回路是具有独立功能的分系统，不但能够保持飞机员设定的飞行姿态稳定飞行，同时还可以实现透明驾驶、比普配平等功能。 在启动自动驾驶设备之后，自动驾驶计算机中的存储设备将对飞机的即时飞行状态进行记忆，并将之作为基准值。而飞机上各个部位设置的传感设备将探测得到飞机此时的姿态信息，并将这些信息实时的传递到自动驾驶设备的计算机当中。在和计算机设备中存储的基准值对比之后，对与基准值不符的相关数据通过发出飞行指令进行调整，从而达到控制飞行的目的。驾驶设备在工作过程中总需要保持控制系统处于完全平衡的状态，利用对飞机飞行姿态的控制达到是飞行误差为零的目的，或者是尽量使得飞行姿态稳定在一个相对稳定的基准值附近。 在飞行系统实现自动控制的过程中，传递函数f=B/（E—S）通常被称作是自动驾驶设备的控制律，系统的所有的控制指令都是基于这个控制规则发出的。根据PID控制理论，这个控制规则主要包括与偏差变化率相关的导数项、比例项和偏差积分项等几个部分构成。其中，比例项是控制规则的主要控制项，当飞机在飞行过程中若由于其他原因导致其偏离基准值过远时，飞行驾驶控制系统的计算机将发出与误差成对应比例的飞行姿态调整指令。但是，考虑到信号传递延迟以及飞机飞行过程中的惯性作用，飞机执行机构在响应指令时刻的飞行姿态已经发生了对应的变化，这将导致飞行姿态控制命令存在对应误差。所以，为了控制这种变化，系统控制规则中的导数项，则是通过增加系统的阻尼的方式，对飞机的飞行姿态进行调节，控制飞行姿态调节过程中的调节质量。所以，在实际的飞行控制系统设计过程中，为了避免出现飞行姿态变化过大、控制常值扰动等问题，通常在系统设计过程中引入一个对应的积分电路，通过其驱动与之并联的舵 自动控制原理常用名 词解释 词汇 第一章 自动控制 ( Automatic Control) ：是指在没有人直接参与的条件下，利用控制装置使被控对象的某些物理量（或状态）自动地按照预定的规律去运行。 开环控制 ( open loop control )：开环控制是最简单的一种控制方式。它的特点是，按照控制信息传递的路径，控制量与被控制量之间只有前向通路而没有反馈通路。也就是说，控制作用的传递路径不是闭合的，故称为开环。 闭环控制 ( closed loop control) ：凡是将系统的输出量反送至输入端，对系统的控制作用产生直接的影响，都称为闭环控制系统或反馈控制 Feedback Control 系统。这种自成循环的控制作用，使信息的传递路径形成了一个闭合的环路，故称为闭环。 复合控制 ( compound control ）：是开、闭环控制相结合的一种控制方式。 被控对象：指需要给以控制的机器、设备或生产过程。被控对象是控制系统的主体，例如火箭、锅炉、机器人、电冰箱等。控制装置则指对被控对象起控制作用的设备总体，有测量变换部件、放大部件和执行装置。 被控量 (controlled variable ) ：指被控对象中要求保持给定值、要按给定规律变化的物理量。被控量又称输出量、输出信号。 给定值 (set value ) ：是作用于自动控制系统的输入端并作为控制依据的物理量。给定值又称输入信号、输入指令、参考输入。 干扰 (disturbance) ：除给定值之外，凡能引起被控量变化的因素，都是干扰。干扰又称扰动。 第二章 数学模型 (mathematical model) ：是描述系统内部物理量（或变量）之间动态关系的数学表达式。 传递函数 ( transfer function) ：线性定常系统在零初始条件下，输出量的拉氏变换与输入量的拉氏变换之比，称为传递函数。 零点极点 (z ero and pole) ：分子多项式的零点（分子多项式的根）称为传递函数的零点；分母多项式的零点（分母多项式的根）称为传递函数的极点。 状态空间表达式 (state space model) ：由状态方程与输出方程组成，状态方程是各状态变量的一阶导数与状态、输入之间的一阶微分方程组。输出方程是系统输出与状态、输入之间的关系方程。 结构图 (block diagram) ：将传递函数与第一章介绍的定性描述系统的方框图结合起来，就产生了一种描述系统动态性能及数学结构的方框图，称之为系统的动态结构图。 信号流图 (signal flow diagram) ：是表示复杂控制系统中变量间相互关系的另一种图解法，由节点和支路组成。 梅逊公式 (Mason's gain formula) ：利用梅逊增益公式，可以直接得到系统输出量与输入变量之间的传递函数。 第三章 时域 (time domain) ：一种数学域，与频域相区别，用时间 t 和时间响应来描述系统。 一阶系统 ( first order system) ：控制系统的运动方程为一阶微分方程，称为一阶系统。 二阶系统 ( s econd order system) ：控制系统的运动方程为二阶微分方程，称为二阶系统。 单位阶跃响应 ( unit step response) ：系统在零状态条件下，在单位阶跃信号作用下的响应称单位阶跃响应。 阻尼比ζ (damping ratio) ：与二阶系统的特征根在 S 平面上的位置密切相关，不同阻尼比对应系统不同的运动规律。 性能指标 (performance index) ：系统性能的定量度量。 上升时间 (rise time)t r ：响应从终值 10% 上升到终值 90% 所需时间；对有振荡系统亦可定义为响应从零第一次上升到终值所需时间。上升时间是响应速度的度量。 峰值时间 (peak time)t p ：响应超过其终值到达第一个峰值所需时间。 调节时间 (response time) t s ：响应到达并保持在终值内所需时间 总复习 第一章 飞行动力学 一、概念： 1、体轴系纵轴ox 在飞机对称平面内；速度轴系纵轴a ox 不一定在飞机对称平面内；稳定轴系纵轴ox 在飞机对称平面内，与体轴系纵轴ox 相差一个配平迎角0α。 2、俯仰角θ的测量轴为地轴系横轴g oy ；滚转角φ（倾斜角）的测量轴为体轴系纵轴ox ；偏航角ψ的测量轴为地轴系铅锤轴g oz 。 3、迎角α：空速向量在飞机对称平面内投影与机体纵轴ox 夹角。 以的投影在ox 轴之下为正。 4、β（侧滑角）：空速向量v 与飞机对称平面的夹角。以v 处于对称面右为正。 5、坐标系间的关系 机体轴系b S 与地轴系g S 之间的关系描述为飞机姿态角（ψφθ、、）； 速度轴系a S 与机体轴系b S 之间的关系描述为气流角（βα、）； 速度轴系a S 与地轴系g S 之间的关系描述为航迹角（χμγ、、）。 6、舵偏角符号 升降舵偏角e δ：平尾后缘下偏为正0>e δ，产生低头力矩。0 学习情景1 课程导论 1.飞行控制系统发展概述 自动飞行控制系统已有100多年的研制历史，早在有人驾驶飞机出现之前，自动飞行装置即已出现。 1.1方向稳定器 1873年，法国雷纳德（C.C.Renard）无人多翼滑翔机的方向稳定器。 1.2 电动陀螺稳定装置-姿态稳定 1914年，美国的爱莫尔·斯派雷（Eimer Sperry）研制成功第一台可以保持飞机稳定平飞的电动陀螺稳定装置，该装置利用陀螺的稳定性和进动性，建立一个测量基准，用来测量飞机的姿态，它和飞机的控制装置连在一起，一旦飞机偏离指定的状态，这个机构就通过飞机的控制装置操纵飞机的舵面偏转使飞机恢复到原来的状态。 1.3 自动驾驶仪 20世纪30年代出现了可以控制和保持飞机高度、速度和航迹的自动驾驶仪。 第二次世界大战促使自动驾驶仪等设备得到进一步发展，由过去气动-液压到全电动，由三个陀螺分别控制三个通道改用一个 或两个陀螺来操纵飞机，并可作机动、爬高及自动保持高度等。 二次大战期间，美国和原苏联相继研制出功能较完善的电气式自动驾驶仪C-1和其仿制品A∏-5； 德国在二战后期研制成功飞航式导弹V-1和弹道式导弹V-2， 更进一步促进了飞行自动控制装置的研制和发展。 20世纪50年代后，和导航系统、仪表着陆系统相联，自动驾驶装置实现了长距离自动飞行和自动着陆。 1.4 自动飞行控制系统 1947年成功突破音障后，飞机的飞行包线（飞行速度和高度的变化范围）扩大，越来越复杂的飞行任务对飞机性能的要求也越来越高，仅靠气动布局和发动机设计所获得的飞机性能已经很难满足复杂飞行任务的要求。因此，借助于自动控制技术来改善飞机稳定性的飞行自动控制装置（如增稳系统）相继问世，在此基础上，自动驾驶仪的功能得到进一步的扩展，发展成为自动飞行控制系统（AFCS）。 20世纪60年代，产生了随控布局飞行器（congtrol configured vehicle--CCV）的设计思想。 20世纪60年代前的以模拟电路或模拟计算机为主要计算装置的飞行控制系统，逐渐发展成为现在已普遍应用的数字式飞行控制系统，这也为新技术应用和更复杂更完善系统的综合提供了实现的可能性。例如： 主动控制技术（active control technology—ACT）； 余度技术 容错控制技术 20世纪80年代得到迅速发展的火/推/飞综合控制系统等。 20世纪70年代中期，由于计算机的应用使自动驾驶仪和飞机的指引系统组成一个综合系统，使飞机的各种传感器数据、指 1.自动控制系统主要有哪些环节组成？各环节的作用是什么？ a测量变送器：测量被控变量，并将其转化为标准，统一的输出信号。b控制器：接收变送器送来的信号，和希望保持的给定值相比较得出偏差，并按某种运算规律算出结果，然后将此结果用标准，统一的信号发送出去。 c执行器：自动地根据控制器送来的信号值来改变阀门的开启度。 d被控对象：控制装备所控制的生产设备。 2.被控变量：需要控制器工艺参数的设备或装置； 被控变量：工艺上希望保持稳定的变量； 操作变量：克服其他干扰对被控变量的影响，实现控制作用的变量。给定值：工艺上希望保持的被控变量的数值； 干扰变量：造成被控变量波动的变量。 3.自动控制系统按信号的传递路径分：闭环控制系统，开环~（控制系统的输出端和输入端不存在反馈回路，输出量对系统的控制作用不发生影响的系统），复合~ 4.按给定值的不同分：定值控制系统，随动控制系统（随机变化），程序控制系统（给定值按预先设定好的规律变化） 5.自动控制系统的基本要求： 稳定性：保证控制系统正常工作的必要条件 快速性：反应系统在控制过程中的性能 准确性：衡量系统稳态精度的指标，反映了动态过程后期的性能。提高动态过程的快速性，可能会引起系统的剧烈振荡；改善系统的平稳性，控制进程又可能很迟缓，甚至使系统稳态精度变差。 6.控制系统的静态：被控变量不随时间而变化的平衡状态。 7.自动系统的控过渡过程及其形式 控制系统在动态过程中，被控变量从一个稳态到达另一个稳态随时间变化的过程称为~ 形式：非周期衰减过程，衰减振荡过程， 等幅振荡过程，发散振荡过程 8.衰减振荡过渡过程的性能指标 衰减比：表振荡过程中的衰减程度，衡量过渡过程稳定性的动态指标。（以新稳态值为标准计算） 最大偏差：被控变量偏离给定值的最大值 余差：系统的最终稳态误差，终了时，被控变量达到的新稳态值和设定值之差。 调节时间:从过渡过程开始到结束所需的时间 振荡周期：曲线从第一个波峰到同一方向第二个波峰之间的时间 9.对象的数学模型：用数学的方法来描述对象输入量和输出量之间的关系，这种对象特性的数学描述叫~ 动态数学模型：表示输出变量和输入变量之间随时间而变化的动态关系的数字描述 10.描述对象特性的参数 放大系数K：数值上等于对象重新稳定后的输出变化量和输入变化量之比。意义:若有一定的输入变化量Q1通过对象就被放大了K倍变为输出变量h。K越大，输入变量有一定变化时，对输出量的影响越大。描述了静态性质 时间常数T：当对象受到阶跃输入作用后，被控变量达到新的稳态值的63.2%所需的时间，就是T，意义：被控变量受到阶跃作用后，被控变量如果保持初始速度变化，达到新的稳态值所需的时间。 T越大，表对象受干扰后，被控变量变化的越慢，到达新的稳态值所需的时间越长。动态特性 滞后时间：对象在受到输入作用后，被控变量不能立即而迅速的变化，要经过一段纯滞后时间以后，才开始等量地反应原无滞后时的输出量的变化~ 动态特性 11.测量范围：指仪表按规定的精度进行测量的被测量值得范围。 绝对误差=X-X0=测量-标准 引用误差=（绝对误差/量程）*100% 最大引用误差=（最大绝对误差/量程）*100%=+-A% 允许误差（允许最大引用误差） 灵敏度S：表示仪表对被测变量变化的灵敏程度=输出的变化量/输入 第16章飞行管理系统 16.1飞行管理系统概述 随着飞机性能的不断提高，要求飞行控制系统实现的功能越来越多，系统变得越来越复杂，从而迫使系统系统设计师们在可用的技术条件、任务和用户要求，飞机可用空间和动力，飞机的气动力特性及规范要求等诸因素的限制下，把许多分系统综合起来，实施有效的统一控制和管理。于是便出现了新一代数字化、智能化、综合化的电子系统－飞行管理系统（FMS-Flight Management System）。在1981年12月，飞行管理系统首次安装在B767型飞机上。此后生产的大中型飞机广泛采用飞行管理系统。 16.2飞行管理系统的组成和功能 16.2.1飞行管理系统的组成 飞行管理系统由几个独立的系统组成。典型的飞行管理系统一般由四个分系统组成，如图16-1，包括： （1）处理分系统－飞行管理计算机系统（FMCS），是整个系统的核心； （2）执行分系统－自动飞行指引系统和自动油门，见自动飞行控制系统； （3）显示分系统－电子飞行仪表系统（EFIS），见仪表系统； （4）传感器分系统－惯性基准系统（IRS）、数字大气数据计算机（DADC）和无线电导航设备。 驾驶舱主要控制组件是自动飞行指引系统的方式控制面板（AFDS MCP）、两部控制显示组件（CDU）、两部电子飞行仪表系统（EFIS）控制面板。主要显示装置是CDU、电子姿态指引仪（EADI）、电子水平状态指示器（EHSI）和推力方式显示。各部分都是一个独立的系统，既可以单独使用，又可以有多种组合形式。飞行管理系统一词的概念是将这些独立的部分组成一个综合系统，它可提供连续的自动导航、指引和性能管理。 图16-1飞行管理系统 16.2.2飞行管理系统的功能 FMS的主要功能包括导航／制导、自动飞行控制、性能管理和咨询／报警功能。FMS实现了全自动导航，大大减轻了驾驶员的工作负担。另外，飞机可以在FMS的控制下，以最佳的飞行路径、最佳的飞行剖面和最省油的飞行方式完成从起飞直到进近着陆的整个飞行过程。 FMS在各飞行阶段的性能管理功能： （1）起飞前 通过FMS的控制显示组件人工向FMC输入飞行计划、飞机全重和外界温度。如果飞行计划已经存入FMC的导航数据库，则可直接调入。飞行计划包括起飞机场、沿途航路点和目的机场的经纬度、高度等。 （2）起飞 根据驾驶员输入的飞机全重和外界温度，FMC计算最佳起飞目标推力。 （3）爬升 根据驾驶员的选择，FMC计算最佳爬升剖面。FMC还根据情况向驾驶员提供阶梯爬升和爬升地点的建议，供驾驶员选择，以进一步节约燃油。 （4）巡航 FMC根据航线长短、航路情况等因素，选择最佳巡航高度和速度。结合导航设施，确定起飞机场至目的机场的大圆航线，以缩短飞行距离。 （5）下降 FMC根据驾驶员输入或存储的导航数据确定飞机下降的顶点。在下降阶段，FMC确定下降速度，最大限度利用飞机的势能，节约燃油。 （6）进近 FMS以优化速度引导飞机到达跑道入口和着陆点。 16.2.3飞行管理计算机系统 由飞行管理计算机（FMC）和控制显示组件（CDU）组成。控制器、保护控制器
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