Что такое фильтр промывки автопилота?

Промываемый фильтр используется в автопилоте демпфера рыскания для удаления компонента устойчивого состояния из датчика скорости рыскания. Обратная связь от датчика скорости используется для демпфирования режима голландского крена, но во время поворотов связь между рысканьем и креном приводит к вышеупомянутому нежелательному устойчивому компоненту скорости рыскания. Подробности на стр. 103: этого документа

Промывной фильтр является строительным блоком системы управления. Таким образом, трудно точно сказать, где он будет использоваться, но я сделаю несколько предположений о том, где он может быть использован. Обычно он используется для удаления в основном постоянной части сигнала или аппроксимации производной.

(Если вы уже знакомы с основами систем управления, пропустите этот абзац) Системы управления в целом используются для связи того, что вы можете ощущать (силы гриоскопа, показания IRS, индикаторы воздушной скорости) с состоянием (отношением, положением, скоростью и т. д.). .) и соедините это с желаемой реакцией поверхности управления, чтобы плавно достичь желаемого положения и скорости. Поскольку некоторые из этих отношений требуют фильтров, таких как дополнительные фильтры, или другие аппроксимируются дифференциальными уравнениями второго порядка, фильтры, используемые в этих элементах управления, могут быть столь же сложными, включая такие элементы, как интегралы и производные в их уравнениях, или даже использовать тщательно согласованные уравнения второго порядка. дифференциальное уравнение как ответ. Представьте себе разработку уравнения, которое говорит вам, под каким углом держать руль в зависимости от автомобиля. s расстояние от центра полосы движения. Это пример математики, которая здесь задействована.

Промывной фильтр просто удаляет любую медленно меняющуюся составляющую входного сигнала и сохраняет быстро меняющуюся составляющую, которую иногда называют поведением «высоких частот», потому что через него проходят высокие частоты. Это похоже на получение производной от входных данных (и даже может быть приближением): внезапные изменения дают большой результат, медленно изменяющиеся или постоянные значения почти не дают результата. Промывочные фильтры имеют постоянную во времени или частоту среза, которая определяет, где проходит граница между «быстрыми» и «медленными» изменениями. Большинство фильтров размытия очень просты (как правило, первого порядка) и, в отличие от многих фильтров обработки сигналов, не заходят слишком далеко, чтобы получить резкий переход между пропущенными и отклоненными сигналами.

Это поведение вымывания имеет несколько применений, на которые вы могли бы ссылаться. Ваша желаемая система может реагировать на изменения значения датчика, но игнорирует долгосрочное положение этого датчика. Или, возможно, вы создаете ПИД-регулятор и вам нужен производный термин. По моему опыту, наиболее вероятным случаем будет то, что вы строите сложный закон управления, и в какой-то момент при построении этого закона управления ваша математика подсказывает, что вам нужен промывочный фильтр. Математика для вывода этого закона управления была бы слишком сложной, чтобы объяснять ее здесь, особенно в широком случае, таком как законы поперечного управления всей моды.

По моему опыту, большая часть работы с промывающим фильтром в существующей конструкции заключается в регулировке входного усиления, чтобы сделать его более чувствительным или менее чувствительным (и, следовательно, система будет соответственно менее стабильной или более стабильной). Вы также можете настроить постоянную времени фильтра промывки, но для этого вам понадобятся уравнения, основанные на реальных данных или моделях отклика системы, чтобы найти новые значения постоянных времени.

Я видел размытые фильтры для вертикальных законов управления, но я никогда не видел, чтобы они использовались отдельно для латеральных мод. Но я не какой-нибудь аспирант, который изучил более сотни законов управления, и его также можно использовать для любого из перечисленных выше приложений. Краткий поиск в Google говорит, что его можно использовать для фильтрации постоянного положения рыскания в демпфере рыскания, что позволит вам гасить движения рыскания, не заставляя самолет не иметь бокового скольжения. См. слайды лекций « Боковые автопилоты самолетов » от Массачусетского технологического института в качестве примера этого приложения.

Интересный справочник можно найти в этом руководстве по MATLAB . Здесь он описывается как метод предотвращения чрезмерного демпфирования спирального режима самолета. Он реализован нулем в начале координат (чистый интегратор) и одним полюсом, чтобы ограничить его влияние низкими частотами.

Хороший демпфер рыскания стабилизирует самолет в режиме голландского крена (путем уменьшения связи между креном и креном). Тем не менее, слишком усердный демпфер рыскания будет препятствовать нормальному крену от входа элеронов. Желаемое поведение импульса элеронов состоит в том, что самолет летит с определенным углом крена. Это приведет к боковому скольжению (для работы демпфирования требуется некоторая скорость рыскания, поэтому боковое скольжение/рыскание никогда полностью не предотвращается). Демпфер рыскания затем также гасит любую тенденцию самолета вернуться к нулевому боковому скольжению (помните, чистый демпфер смотрит только на скорость рыскания, и у него нет причин иметь надлежащее поведение при нулевом скольжении). Естественная устойчивость самолета (например, из-за поперечного угла) затем снова выровняет самолет.

Промывной фильтр интегрирует рыскание и, таким образом, возвращает боковое скольжение к нулю. Таким образом, вводится скоординированный поворот (при условии надлежащего управления ориентацией).