第四章自動飛行控制系統
早在陀螺儀表出現不久，1914年美國的SPERRY就研制了一種
陀螺穩定裝置，這種裝置開始只是用來保證飛機的姿態穩定，
到20世紀30年代發展成可以控制和保持飛機的高度、速度和航
跡的自動駕駛儀。20世紀50代后又和導航系統、儀表著陸系統
相聯系，自動駕駛裝置實現了長距離自動飛行和自動著陸。到
了20世紀70年代中期，由于計算機的應用使自動駕駛儀和飛機
的指引系統組成一綜合系統，使飛機的各種傳感器數據、指引
與控制系統已在飛行管理系統中，從而實現了高程度的自動
化。20世紀70年代末期，計算機和控制技術的迅速進展，使自
動駕駛儀功能迅速擴展，在現代化的大中型民航客機上，自動
飛行控制系通常包括自動駕駛儀、飛行引系統、自動油門系
統、偏航阻尼系統、安定面自動配平等。
4.1 自動駕駛儀的工作原理
1．基本原理及組成
自動駕駛儀屬于一個反饋控制系統，它代替駕駛員
控制飛機的飛行。
4.1 自動駕駛儀的工作原理
4.1 自動駕駛儀的工作原理
 自動駕駛儀是利用“反饋”控制原理來實現對飛機運動
參數的控制。
 描述飛機運動的參數通常有三個姿態角(俯仰角、傾斜
角、偏航角)、三個角速度(俯仰角速度、傾斜角速
度、偏航角速度)、兩個氣流角(迎角或稱攻角、側滑
角)、三個線位移和三個線速度，以及兩個航跡角(航
跡俯仰角、航跡偏轉角）。
 自動飛行控制系統可在無人參與的情況下自動控制上
述部分或全部參數，必要時還可控制馬赫數及法向過
載等。
4.1 自動駕駛儀的工作原理
 自動駕駛儀的基本組成部分包括：
①測量元件或稱敏感元件——用來測量飛機的運動參
數。如速率陀螺測量角速度，垂直陀螺測量飛機的俯
仰角、傾斜角或稱滾轉角、航向陀螺測量飛機的偏航
角等。
②信號處理元件或稱計算元件——把各種敏感元件的
輸出信號處理為符合控制規律要求的信號，包括有綜
合裝置、微分器j積分器、限幅器、濾波器等。
③放大元件——放大上述處理過的信號的元件，一般
指功率放大。
④執行機構——根據放大元件的輸出信號帶動舵面偏
轉的機構，亦稱為舵機。
4.1 自動駕駛儀的工作原理
2．自動駕駛儀的主要功用
隨著自動駕駛儀系統的不斷發展，其功能也越來越強
大。當自動駕駛儀銜接后，可以實現的主要功能有：
 ①自動保持飛機沿三個軸的穩定(姿態角的穩定)；
 ②接受駕駛員的輸入指令，操縱飛機以達到希望的俯
仰角、航向角、空速或升降速度等；
 ③接受駕駛員的設定，控制飛機按預定高度、預定航
向飛行；
 ④與飛行管理計算機系統耦合，實現按預定飛行軌跡
的飛行；
 ⑤與儀表著陸系統(ILS)耦合，實現飛機的自動著陸
(CAT I，II，III等)。
4.1 自動駕駛儀的工作原理
3．自動駕駛儀的分類
 自動駕駛儀的常用分類方法是按其控制規律來劃分。
所謂控制規律通常是指自動駕駛儀輸出的舵偏角與信
號的靜、動態函數關系。按這種劃分方法，可分為比
例式自動駕駛儀和積分式自動駕駛儀等。
 現代飛機的自動駕駛儀通過與飛行管理計算機系統交
聯，與自動油門系統協同工作，可以按照預先制定的
飛行計劃，實現從起飛后的爬升、巡航、下降、進近
直到著陸各飛行階段上的自動控制。它包括三軸姿
態、發動機的推力以及改平并過渡到減速滑跑等控
制。現如今，用于民航客運的大型飛機上普遍安裝有
這類自動駕駛儀系統，具備III類儀表著陸能力。

4.1 自動駕駛儀的工作原理
 4．舵回路、穩定回路和控制回路的概念
 自動駕駛儀工作時，以飛機為控制對象，實現飛機不同參
數的控制與穩定。自動駕駛儀實現不同的功能，完成不同
的飛行任務，要求組成不同的反饋控制回路。自動駕駛儀
系統的工作回路通常由以下四個回路組成：
（1）同步回路
 作用：在自動駕駛儀銜接時，保證系統輸出為零，即自動
駕駛儀的工作狀態與當時飛行狀態同步。
 基本組成：現代飛機上自動駕駛儀的同步回路通常由兩部
分組成：一是FCC內部的同步，二是作動筒的同步。

4.1 自動駕駛儀的工作原理
4.1 自動駕駛儀的工作原理
 (2)舵回路
 自動飛行控制系統根據輸入信號，通過執行機構控制
舵面。為改善舵機的性能，通常執行機構引入內反饋
(將舵機的輸出信號引到輸入端)，形成隨動系統或稱
伺服回路，簡稱為陀回路。舵回路由舵機、放大器及
反饋元件所組成。反饋元件包括測速機、位置傳感
器，構成舵回路的測速反饋和位置反饋。舵回路可用
伺服系統理論來分析，其負載是舵面的慣量和作用在
舵面上的氣動力矩(鉸鏈力矩)。
4.1 自動駕駛儀的工作原理
4.1 自動駕駛儀的工作原理
 (3)穩定回路
 自動駕駛儀與飛機組成一個回路，該回路的主要功能
是穩定飛機的姿態，即穩定飛機的角運動，稱為穩定
回路。由于該回路中包含了飛機，而飛機的動態特性
又隨飛行條件而變化，使穩定回路的分析變得較為復
雜。
 (4)控制回路
 穩定回路加上測量飛機重心位置或速度信號的元件以
及表征飛機空間位置幾何關系的運動學環節，組成更
大的回路，稱為控制回路或制導回路。其作用是實現
對飛機重心的運動即飛機運動軌跡的控制。
4.1 自動駕駛儀的工作原理
4.1.2 角位移式自動駕駛儀的控制規律及
調節原理
 角位移自動駕駛儀可以根據控制規律實
現飛機三個姿態角的穩定。所謂控制規
律就是指空制器的輸人量與輸出量之間
　
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