《人機(jī)系統(tǒng)與飛行品質(zhì)》以飛機(jī)和駕駛員構(gòu)成的人機(jī)系統(tǒng)為背景,介紹人機(jī)系統(tǒng)理論和飛機(jī)飛行品質(zhì)。人機(jī)系統(tǒng)理論包括人機(jī)系統(tǒng)的構(gòu)成、人機(jī)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法、駕駛員行為特性和駕駛員模型的建模方法。飛機(jī)飛行品質(zhì)包括飛行品質(zhì)的駕駛員評(píng)價(jià)、基于飛機(jī)本體特性的經(jīng)典飛行品質(zhì)要求、帶控制器飛機(jī)的等效系統(tǒng)的飛行品質(zhì)要求、人機(jī)耦合與駕駛員誘發(fā)振蕩預(yù)測(cè)方法和非線性人機(jī)耦合問(wèn)題。
《人機(jī)系統(tǒng)與飛行品質(zhì)》為航空宇航科學(xué)與技術(shù)學(xué)科碩士研究生“人機(jī)系統(tǒng)與飛行品質(zhì)”課程的教材,也可作為從事飛機(jī)設(shè)計(jì)的工程技術(shù)人員的參考書。
“人機(jī)系統(tǒng)與飛行品質(zhì)”是北京航空航天大學(xué)飛行器設(shè)計(jì)專業(yè)碩士研究生的一門專業(yè)核心課程。該課程的教材是由北京航空航天大學(xué)飛行力學(xué)教研室胡兆豐教授于1994年首次編寫。本書是在該教材的基礎(chǔ)上重新編寫的,主要是基于之后人機(jī)系統(tǒng)理論和飛行品質(zhì)研究的進(jìn)展,對(duì)該教材內(nèi)容進(jìn)行了更新和補(bǔ)充,并重新梳理了教材體系,以適應(yīng)當(dāng)前碩士研究生專業(yè)課程的教學(xué)要求。
隨著飛機(jī)飛行性能的提高,近30年來(lái),人機(jī)系統(tǒng)理論和飛行品質(zhì)研究取得了長(zhǎng)足的發(fā)展。本書在繼承了原教材經(jīng)典人機(jī)系統(tǒng)理論和飛行品質(zhì)的基礎(chǔ)上,增加的新內(nèi)容主要包括:
(1)人機(jī)系統(tǒng)的構(gòu)成。根據(jù)飛行控制技術(shù)和各類控制器的作用,分析不同發(fā)展階段的人機(jī)系統(tǒng)特點(diǎn),建立人機(jī)控制系統(tǒng)的原理框圖,為系統(tǒng)建模奠定基礎(chǔ)。
。2)人機(jī)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)技術(shù)。介紹了實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)方法、數(shù)據(jù)處理方法,重點(diǎn)是頻譜分析中的窗口傅里葉變換、時(shí)頻分析中的小波變換以及相應(yīng)的MATLAB工具箱,以體現(xiàn)新技術(shù)的應(yīng)用,并加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)的訓(xùn)練。
(3)駕駛員控制模型及其應(yīng)用。在原教材已有的經(jīng)典駕駛員擬線性模型、McRuer模型、最優(yōu)模型的基礎(chǔ)上,增加了智能駕駛員控制概念模型,并結(jié)合艦載機(jī)光學(xué)助降引導(dǎo)、智能操縱桿設(shè)計(jì)等示例,介紹了駕駛員控制模型研究的最新理論和技術(shù),以體現(xiàn)教材內(nèi)容的先進(jìn)性。
。4)飛行品質(zhì)規(guī)范的新進(jìn)展。原教材對(duì)飛行品質(zhì)規(guī)范的介紹,是基于當(dāng)時(shí)的MIL-F-8785C?紤]到飛行品質(zhì)規(guī)范一般過(guò)幾年就會(huì)更新版本,修正或者增加內(nèi)容,本書以當(dāng)前使用的MIL-STD-1797為例,介紹飛行品質(zhì)要求的框架體系,并補(bǔ)充了各階段飛行品質(zhì)規(guī)范的重要改進(jìn)。
(5)人機(jī)耦合研究的新進(jìn)展。在原教材介紹線性系統(tǒng)駕駛員誘發(fā)振蕩(T型PIO)的基礎(chǔ)上,本書增加了非線性人機(jī)不良耦合問(wèn)題,包括電傳操縱的高增益飛機(jī)的Ⅱ型PIO、系統(tǒng)突變引起的Ⅲ型PIO問(wèn)題,以反映當(dāng)今人機(jī)耦合研究的熱點(diǎn)。
另外,為了突出工程背景和加強(qiáng)綜合訓(xùn)練能力,在本書中,安排了駕駛員在環(huán)仿真試驗(yàn)、MATLAB數(shù)據(jù)處理、駕駛員模型識(shí)別、飛行品質(zhì)仿真驗(yàn)證等實(shí)踐性環(huán)節(jié),以滿足最新課程教學(xué)大綱的要求。
本書由北京航空航天大學(xué)航空科學(xué)與工程學(xué)院的“人機(jī)系統(tǒng)與飛行品質(zhì)”課題組和課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)編寫。譚文倩執(zhí)筆完成了書稿的大部分內(nèi)容,屈香菊負(fù)責(zé)本書內(nèi)容的選擇、章節(jié)體系的梳理、部分內(nèi)容的編寫及全書統(tǒng)稿和審查。
本書在原教材的基礎(chǔ)上,總結(jié)了本課題組的研究成果和教學(xué)經(jīng)驗(yàn),吸取了國(guó)內(nèi)外的相關(guān)研究成果。本課題組的研究曾得到多個(gè)國(guó)內(nèi)和國(guó)際航空相關(guān)部門的支持,主要有:中國(guó)航空工業(yè)發(fā)展研究中心、沈陽(yáng)飛機(jī)設(shè)計(jì)研究所、中國(guó)飛行試驗(yàn)研究院、西安飛機(jī)設(shè)計(jì)研究所、南昌飛機(jī)設(shè)計(jì)研究所、中國(guó)船舶系統(tǒng)工程研究院、莫斯科航空學(xué)院飛行力學(xué)教研室、荷蘭代爾夫特理工大學(xué)飛行力學(xué)教研室。在此,作者對(duì)他們的支持表示衷心的感謝。
第1章 人機(jī)系統(tǒng)概述
1.1 駕駛員一飛機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展
1.1.1 駕駛員一飛機(jī)系統(tǒng)的構(gòu)成
1.1.2 機(jī)械操縱的人機(jī)系統(tǒng)
1.1.3 電傳操縱的人機(jī)系統(tǒng)
1.1.4 自動(dòng)化飛行的人機(jī)系統(tǒng)
1.1.5 智能人機(jī)系統(tǒng)
1.2 駕駛員數(shù)學(xué)模型
1.2.1 基于經(jīng)典控制理論的駕駛員模型
1.2.2 基于現(xiàn)代控制理論的駕駛員模型
1.2.3 基于智能控制理論的駕駛員模型
練習(xí)題
第2章 駕駛員感知與人機(jī)界面設(shè)計(jì)
2.1 感覺(jué)的形式及其在控制中的作用
2.1.1 視覺(jué)
2.1.2 聽(tīng)覺(jué)
2.1.3 觸覺(jué)
2.1.4 運(yùn)動(dòng)感覺(jué)
2.2 人工控制任務(wù)的分類與視覺(jué)顯示
2.2.1 補(bǔ)償控制
2.2.2 追蹤控制
2.2.3 預(yù)見(jiàn)控制
2.2.4 預(yù)識(shí)控制
2.2.5 先進(jìn)顯示技術(shù)
2.3 操縱桿設(shè)計(jì)
2.3.1 傳統(tǒng)操縱桿技術(shù)
2.3.2 側(cè)桿技術(shù)
2.3.3 主動(dòng)側(cè)桿技術(shù)
2.3.4 智能操縱桿技術(shù)
練習(xí)題
第3章 人機(jī)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)及數(shù)據(jù)處理方法
3.1 飛行模擬器簡(jiǎn)介
3.2 實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)
3.3 實(shí)驗(yàn)信號(hào)預(yù)處理
3.4 頻譜分析中的窗口傅里葉變換
3.4.1 頻譜分析中的窗函數(shù)
3.4.2 窗口傅里葉變換
3.4.3 平均周期圖法
3.4.4 基于窗口傅里葉變換的信號(hào)處理示例
3.5 時(shí)頻分析中的小波變換
3.5.1 短時(shí)傅里葉變換
3.5.2 小波變換
3.5.3 小波變換的窗長(zhǎng)
練習(xí)題
第4章 駕駛員控制行為頻譜特性分析
4.1 描述函數(shù)定義
4.2 駕駛員描述函數(shù)識(shí)別方法
4.2.1 基于人機(jī)閉環(huán)特性計(jì)算駕駛員描述函數(shù)的方法
4.2.2 基于相關(guān)技術(shù)的頻譜分析法
4.3 單通道駕駛員描述函數(shù)識(shí)別
4.3.1 單通道駕駛員描述函數(shù)計(jì)算公式
4.3.2 單通道駕駛員描述函數(shù)識(shí)別示例
4.4 雙通道駕駛員描述函數(shù)識(shí)別
4.4.1 雙通道駕駛員描述函數(shù)計(jì)算公式
4.4.2 雙通道駕駛員描述函數(shù)識(shí)別示例
4.5 駕駛員控制行為的時(shí)變頻譜特性分析
練習(xí)題
第5章 頻域擬線性駕駛員模型辨識(shí)
5.1 頻域擬線性駕駛員實(shí)驗(yàn)建模概述
5.2 參數(shù)識(shí)別的優(yōu)化方法
5.2.1 優(yōu)化指標(biāo)
5.2.2 優(yōu)化算法
5.3 建模精度的分析方法
5.3.1 精度公式的規(guī)范條件
……
第6章 經(jīng)典駕駛員模型
第7章 最優(yōu)駕駛員模型
第8章 智能駕駛員模型
第9章 飛行品質(zhì)概述
第10章 經(jīng)典飛行品質(zhì)要求
第11章 基于等效系統(tǒng)的飛行品質(zhì)要求
第12章 線性駕駛員誘發(fā)振蕩評(píng)價(jià)方法
第13章 非線性人機(jī)耦合問(wèn)題
參考文獻(xiàn)