自动驾驶仪

[拼音]：zidong jiashiyi

[外文]：autopilot

按一定技术要求自动控制飞行器或运载体的装置。在有人驾驶的飞机上，自动驾驶仪能代替驾驶员的部分作用，控制飞机的姿态；自动驾驶仪与其他装置配合能自动导引飞机按一定的航迹或等马赫数飞行。在导弹上它起稳定导弹姿态的作用，与其他系统配合可控制导弹的飞行。自动驾驶仪用于其他运载体（如轮船）上，能自动保持航向或自动控制运载体的航迹。

原理和组成

驾驶员驾驶飞机的过程是一个负反馈系统的工作过程。驾驶员与飞机形成闭环系统（反馈系统），并按照负反馈控制的原则来稳定和控制飞机。驾驶员目视观察仪表的指示，发现飞机偏离预定姿态时即操纵舵面，使飞机回复预定的姿态。飞机回复时，驾驶员即逐渐减小舵偏角，以免控制过头。自动驾驶仪就是模仿驾驶员的驾驶过程设计的：以敏感元件（陀螺）代替驾驶员的眼睛，计算机代替大脑，执行机构代替手和脚。敏感元件、计算机和执行机构三部分构成自动驾驶仪。

调节规律

调节规律表现为自动驾驶仪的数学模型。它描述被调节参量（如飞机的俯仰角等）与自动驾驶仪执行机构输出量（舵偏角）之间的关系。如果执行机构输出量与被调节参量的偏差成比例，则称为比例式调节规律，这是最简单的一种调节规律。按此规律稳定飞机时，只有当俯仰角的偏差为零时舵面才会回到中间位置（这反映比例关系）。由于飞机运动具有惯性，当它回复到原有位置时必须过头而引起振荡。为改善稳定质量，在调节规律中引入俯仰角偏差的导数(角速度)信号，它的作用是阻碍飞机产生角速度。当飞机回复到原有位置时，角速度信号的作用与俯仰角信号的作用相反，它使舵面偏向相反的方向。舵面所形成的控制力矩产生阻尼作用，阻止飞机冲过头，从而减弱或消除振荡。大多数自动驾驶仪都有感受角速度的敏感元件。当常值干扰力矩作用于飞机时，为了稳定飞机舵面，必须偏转某角一度，而为保持这一舵偏角，又必定存在俯仰角偏差（比例关系），所以采用比例式调节规律会产生静差。为消除静差,可在调节规律中引入俯仰角偏差的积分信号(见图)。当俯仰角偏差为零时，其积分信号并不一定为零。这一积分信号所形成的舵偏角便能克服常值干扰力矩，从而消除静差。这种调节规律称为积分式调节规律。

应用与发展

自动驾驶仪起源于20世纪初稳定飞机的稳定自动器。第二次世界大战中稳定自动器发展成为能稳定飞机和导弹飞行的自动驾驶仪。以后又推广应用于运载火箭、人造卫星、宇宙飞船和航天飞机。随着自动控制理论和微电子技术的发展，自动驾驶仪已从40～50年代的电气式发展成为电子式自动驾驶仪。60年代出现了能适应外界飞行条件变化的飞机自适应自动驾驶仪，它与飞机上其他系统结合，组成飞行自动控制系统，并向综合化的方向发展。现代自动驾驶仪已由一般反馈控制发展为综合控制，并向智能化方向发展。

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