臺灣博碩士論文加值系統

本論文主要針對不穩定無尾翼飛機之側向穩定控制進行設計，飛機之外型參考諾思洛普(Northnop)公司所研發的YB-49無尾翼飛機，研究過程中使用DATCOM軟體計算出飛機的氣動係數，並且根據DATCOM計算的結果發現其飛機穩定性明顯不足。
研究過程中，不使用傳統的根軌跡法，而使用可應用於多輸入多輸出的特徵根指定法，分別發展P與PID兩種控制設計，在側向線性化運動方程式中，拉氏轉換後得出不同階數的系統方程式，P控制為4階方程式，因此可指定4個特徵根；PID控制為8階方程式，但其中有2個特徵根為零，因此可指定6個特徵根。本論文主要以指定之特徵根分析P控制與PID控制所需之控制增益值，之後並以模擬顯示系統之穩定狀況與追尋控制之性能。

This thesis focuses on the lateral stability control design for an unsteady tailless aircraft. The aircraft configuration reference design is based on Northrop YB-49 which was developed by Northrop Corporation. The aerodynamic coefficients were determined by DATCOM software and the results show that the stability of the tailless aircraft is unsteady.
Instead of traditional root locus method, the eigenvalues assignment method suitable for multi-input multi-output (MIMO) systems is adopted for the analysis of two forms of control designs, P and PID. The equations of motion are linearized and Laplace transform is used to transform the linear differential equations into a set of algebraic equations. For P control, the differential equations are of the fourth order and therefore have four eigenvalues to be assigned. For PID control, the differential equations are of the eighth order and therefore have eight eigenvalues. However, since two of the eigenvalues are always zero, there are only six eigenvalues which can be assigned. This thesis primarily analyzes the gains for P and PID control designs by the eigenvalue assignment method. After the gains are determined, simulations are conducted for the flight control system to check if the response characteristics and tracking performances are satisfied.

摘要 I
Abstract II
誌謝 III
總目錄 IV
圖目錄 VII
表目錄 IX
符號表 X
第一章 緒論 1
1.1 研究動機 1
1.2 文獻回顧 2
1.3 研究方法 3
第二章 氣動係數建立 5
2.1 飛機外型尺寸 5
2.1.1飛機尺寸 5
2.1.2機翼平面形狀參數 7
2.1.3翼剖面 7
2.2 建立DATCOM輸入檔 8
2.2.1最外襟翼單邊上下打開 8
2.2.2中間襟翼作為副翼 10
2.3 DATCOM輸出數據 11
2.3.1 不加入控制面的狀態 12
2.3.2 滾轉及偏行力矩 12
2.4 運動方程式的推導 13
2.5 未設計控制系統前之側向動態穩定分析 18
第三章 特徵根指定法 20
3.1 PID控制器設計 20
3.2 只考慮P (比例)控制 23
3.3 考慮PID (比例-積分-微分)控制 27
第四章 側向穩定分析控制器設計 29
4.1 側向靜態穩定分析 29
4.2 指定特徵根 30
4.2.1 P控制設計 31
4.2.2 PID控制設計 31
4.3 未加入控制的系統響應 32
4.4 加入控制系統後考慮不同的初始狀態 34
4.5 P與PID控制的差異和比較 39
4.6 側向穩定與縱向穩定分析 41
第五章 結論 42
參考文獻 43
附錄 45
A. 飛機機翼翼剖面外型尺寸 45
B. NAMELIST參數之意義 46
C. DATCOM輸出氣動係數數據 49
D. 特性方程式各項展開 51
E. h1、h2、h3及h4對kapp、krβp、krrp和ka∅p的一階導數 52
F. PID控制定義h1、h2、h3、h4、h5、h6、h7及h8函數 53
G. h1、h2、h3、h4、h5、h6、h7及h8對kapp、krβp 55
、krrp、ka∅p、kapi、krβi、krri和ka∅i的一階導數 55

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