● 摘要
驾驶员诱发振荡(Pilot Induced Oscillation——PIO)是影响有人驾驶飞机飞行安全和飞行品质的重要因素。电传操纵系统的出现使得标记为由驾驶员诱发振荡而引起的事故越来越多。研究者们长年不断地对其进行研究，并获得了飞行器设计理论上和控制技术上的许多成就，但PIO 的事故记录依旧在增加着。在大量的现代飞机的PIO 事故记录中，作动系统速率饱和现象都作为重要的因素而被观测到。因此，对于速率饱和现象的抑制及补偿技术目前依旧是PIO 问题研究者们关注的焦点之一。现有的速率饱和的抑制技术，在稳定人机闭环系统的同时，对系统的动态响应的快速性产生了负面的影响。本文建立了飞机包含带有速率和位置饱和特性的作动器的人机闭环模型，复现了由作动器速率饱和而引发的PIO 现象。当飞机自身静稳定性差，操纵品质低时，人机闭环系统出现PIO 现象与作动器速率饱和以及驾驶员的过激操纵有着明确的联系。在MATLAB/simulink 环境下，本文对典型的两种局部抑制滤波器(FWB——Feedback with Bypass 和DS——Derivative-Switching)进行了稳定性和俯仰跟踪综合性能的对比分析，发现局部抑制技术存在着降低人机闭环系统的响应速率的缺点，并以此提出PIO 实时探测技术结合局部抑制环节的优化方案。论文重点采用滑动窗口傅里叶变换，实时提取驾驶员操纵信号和飞机姿态信号的特征参数。依据II 型PIO 机理和统计学规律建立的逻辑判定标准，实时监控飞机动态行为的状态，判断FWB 环节进入人机闭环系统的时刻。并再次进行稳定性和俯仰跟踪任务仿真验证其性能。研究表明，结合实时探测技术和局部抑制技术的方法，能够在有效的抑制II 型PIO的发生的前提下，提高人机闭环系统的动态能力。研究PIO 实时探测技术和局部抑制技术的综合为PIO 问题的进一步研究提供一定的支持。