發信人: yehd (pauken) 看板: Aero 日期: Sat Jan 2 02:31:29 1999 標題: Re: 轉貼:控制學與FBW > 剛去連線版討論一下 忽然靈機一動 想到一個方法可以『證明』FBW的優點 列出在B777維護手冊中,提到關於FBW設計於B777的優點. (referance: B777 maintenance manual chapter 27-00-00) Benefits of the Fly-By-Wire System The fly-by-wire design of the flight controls permits: *A more efficient structure design *Increased fuel economy *A smaller vertical fin *A smaller horizontal stabilizer *Reduced weight *Improved controls and protections. 個人在大約96年中,在台大某一個BBS版,和該版另外一位版友,以控制理論,熱烈討論 過FBW的問題.個人以SISO(single input single ouput)系統的概念,及穩定性 (stability)與控制性(controlibility)的矛盾性,想加以解釋B777使用較小的安定面 ("A smaller vertical fin" & "A smaller horizontal stabilizer") 的原因.但是很顯然的,用SISO來說明MIMO(multi-input multi-output)的控制面,是很 不完備的!而且,離開了SISO的系統,穩定性與控制性就不一定矛盾. > 一般書上都說 FBW的飛機靈活度更高 機動性更好 然而 有經驗的玩家可以發現 > 絕大多數的FBW戰機 其G限 攻角限 往往沒有特別出色 推重比更和FBW無關 > 則 瞬間轉彎率 持續轉彎率 滾轉率 也自然和FBW無關 那我們去加一個FBW幹嘛啊？ > 所有自然界 可以長久存在的系統 都必須是『穩定』的 也就是說 > 其輸出會逐漸與收斂到輸入 例如你開水龍頭 則水流一定是由小到大 > 到一定流量時就穩定不再增加 而所謂『不穩定』的系統 就是其輸出不會『收斂』 > 而會『發散』 以水龍頭為例 就是一開水龍頭 水流量就不斷增加 無法停止 > 當然 世界上沒有流不完的水庫 但水流量無限增加 就會超過水管材料 > 特性的負荷 終至於水管破裂為止 應該說:如果一個閉迴路的系統是採取負回授,而且控制器設計在穩定區域,那麼最後 就會達到穩定.以開水龍頭為例,回授經由轉水龍頭的人的眼睛到手的動作來完成,如果 那個人的大腦採取正回授,就會水的流量越大,開的越大;水的流量越小,關的越小.如果 那個人的大腦採取負回授,但是不設計在穩定區域,就會水的流量越大,關的越小,但是 調整不到穩定的流量;水的流量越小,開的越大,但是也調整不到穩定的流量. 只有在負回授且穩定範圍的控制器,才會達到穩定. > 像核分裂 就是一種『不穩定』的系統 一旦撞擊一個原子核 就會產生更多 > 的粒子去撞擊其他的更多原子核 又產生更多的原子 自然就是撞到完為止 > 而生物圈 就是『穩定』的系統 兩隻兔子生出十隻 十隻又生出50隻 愈生愈多 > 但升到超過食物產量時 多的兔子就會餓死 則兔子數目（輸出）就會收斂到 > 食物產量（輸入） 我舉一個政治上的例子.政治人物的聲望越高,能獲得的選票越高,所以勝選;聲望越低, 獲得的選票越低,所以敗選.這是我們一般期望的系統,但是以"聲望"和"選票"來說,它 是正回授系統.如果成為負回授,也就是說:政治人物的聲望越低,能獲得的選票越高,而 且勝選;聲望越高,獲得的選票越低,而且敗選. 所以,一個負回授的系統會達到某種穩定,但不一定是我們所期望的. > 這跟飛機有什麼關係呢 假設你的飛機升力中心在重心前面 則飛機提高攻角時 > 升力『值』提高 產生正的升力『力矩』以抬高機頭 又使攻角提高 則『力矩』 > 更大.....結果就是機頭抬高到失速 無法提高升力為止 .... > 而FBW的好處之一是 我們的系統先天可以不穩定 （不過還是有極限）所以 > 氣動力設計師就有更多的選擇可以設計出升力更大 阻力更低的構形 > 的酬載、負荷性能『通常』會比較好（但如果飛機本來就先天穩定 則加裝FBW > 也不會替氣動力性能帶來什麼好處） 有些飛機,會故意設計成穩定性很差,但是它們的控制性會相對提高(對SISO的系統言). 用來空中纏鬥的飛機,就必須要有很好的控制性,維持控制性與穩定性的關鍵,就是 飛機的推力系統.像"向量噴嘴"之類的發明,或許都是架構於穩定與控制的觀念. 用於民航機的FBW,仍然是穩定的設計,但是比起不是FBW的民航機,它們的控制性比穩定 性多一些.若飛機本身是穩定的設計,FBW仍然有些好處. 因為採取FBW,所以它的穩定性 要求可以用控制性來彌補,這或許是B777能夠採用較小的安定面的原因.當安定面減小, 阻力就減少,飛機因此而省油. > 其次是 藉由調整控制器來調整穩定性 遠比調整先天特性來得容易 所以 > 我們比較容易設計出 反應速度快 穩定性又高的系統 > 所以 FBW飛機強過傳統飛機的地方是其『反應速度』『比較』不會因為穩定性 > 的需要而有所削減 而一架FBW戰機的最大迴轉率可能不如傳統戰機 > 但它卻能在『較短時間』內達到最大迴轉率 則還是電死它 機械元件的一項特性就是它們具有質量,所以,採取機械控制的東東,不容易和能夠快速 反應的電子信號來比.我們可以用機械來積分,來加減乘除,但是我們很難用純粹機械的 機構來做出"微分".而控制性的好壞,幾乎在於控制器能不能對於下一個將發生的動作, 根據已經發生的動作來預估.這或許是控制器中,必須採用"微分控制器"的概念. 而微分控制器,做的不好時,就會造成系統崩潰(例如:當Unit Step信號通過微分器後,會 產生一個pulse). > 總而言之 就像有的戰機『爬升率』贏人家 可是爬到一萬呎的時間卻輸人家一樣 > FBW飛機不一定會有比較好性能 卻能比較快發揮性能 -- Aircraft Mechanic, CKS Airport, Taipei, Taiwan, ROC  -- * Origin: 國立中山大學 Formosa BBS * From: 140.111.3.75 [未通過認證] .