舵机与舵回路3-4概要课件.ppt

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1、舵机与舵回路本部分讲授内容舵机的工作原理与设计实例舵机的特性分析舵回路的基本类型与特点舵机与飞机操纵系统的联接方式本节讲授内容舵面的负载电动舵机特性分析液压舵机特性分析铰链力矩对舵机特性的影响引言舵回路（伺服系统）是飞行自动控制系统中不可缺少的组成部分，它按照指令模型装置或敏感元件输出的电信号操纵舵面，实现飞机角运动或航迹运动的自动稳定与控制。舵回路是由若干部件组成的随动系统，其中舵机是—执行元件。组成：放大器、舵机、反馈元件（作用是改善舵回路特性）舵回路负载：舵面的惯量，和作用在舵面上的气动力矩（铰链力矩）。舵机作用：舵机是舵回路中的执行元件，输出力矩（或力）和角速度（或线速度），驱动舵面偏

2、转。舵机类型：飞行控制系统中的舵机有三大类：电动舵机、液压舵机、气动舵机引言电动舵机组成：一般电动舵机包括①电动机（直流或交流的），②测速装置，③位置传感器，④齿轮传动装置和⑤保安装置。优点：①能源是电力，通常与飞控系统用同一能源，传输、控制等方便。②加工制造、装配维修方便。缺点：①在输出相同功率时，体积和重量较大（与液压舵机相比），∵有减速齿轮。②快速性差些。输出功率不大，而且重量大，惯性大，∴快速性差。液压舵机目前纯液压舵机使用不多，主要用电液舵机。组成：由电液伺服阀（力矩马达和液压放大器），作动筒和位移传感器组成。优点：体积小、重量轻、功率增益大，输出功率与转动惯量的比值大，所以快速性好

3、，控制功率小，灵敏度高。缺点：加工、装配较困难，生产成本较高，要另加能源——油源。舵机推动舵面运动时，除了要克服运动部分的惯性力矩和摩擦力矩外，还要克服舵面铰链力矩。铰链力矩是由空气动力作用在舵面上而造成的对舵面铰链轴的力矩。舵机在运动过程中所承受的负载:铰链力矩-是舵机最主要的负载,是作用在舵面上的气动力相对于舵面铰链轴的力矩Mj。铰链力矩的大小取决于舵面的类型与几何形状、马赫数、迎角或侧滑角以及舵面的偏转，以舵面偏转所产生的铰链力矩为主。一、舵面的负载（铰链力矩）特性铰链力矩与舵面几何形状、类型，飞行的或及舵偏角有关，其中以舵偏角为主。铰链力矩表达式为：显然，铰链力矩的大小、符号随飞行状态

4、而变一、舵面的负载（铰链力矩）特性的大小、符号随飞行状态变化情况的大小：动压Q越大，铰链力矩也越大。的符号：取决于舵面转轴相对于舵面气动力（）压力中心位置。转轴位于压力中心前，转轴位于压力中心后，反操纵铰链力矩的大小和方向随飞机状态而变化，对舵机的工作有很大的影响。铰链力矩Mj近似写为:式中系数表示单位舵偏角产生的铰链力矩.作用于舵机的铰链力矩的特点:在舵面类型与几何形状一定的情况下，相同舵偏角产生的铰链力矩,随飞行状态而改变,动压Q越大,铰链力矩也越大;铰链力矩的方向(或者说系数的符号)也随飞行状态改变.VV二、舵机的工作特性1、舵机工作是非对称的。原因有两个：飞机稳定飞行时，舵面就不在中间

5、位置，而是有一个舵偏度，这就使一开始有初始值作用到舵机上。舵机工作过程中，负载力矩不对称。例如舵机使舵面偏角加大时（出舵时）铰链力矩起阻止加大的作用；而在收舵时，又起加速舵面回收的作用。例：间接控制电动舵机Z16Z15Z14Z13Z12Z10Z9Z11Z8Z5Z7Z6Z5Z4Z3Z2Z1磁粉离合器衔铁与斜盘电磁离合器鼓轮金属磨擦离合器二、舵机的工作特性电动机的机械特性(包括磁粉离合器的机械特性在内)可由一族非线性曲线来表征.工程实践中往往采用线性化处理,即:研究其在某一平衡状态附近的增量运动,其斜率B等于:UB—等于电压等于常数时，输出力矩M对角速度的偏导数；—机械特性曲线与纵坐标的夹角。

6、M电动舵机中电动机的机械特性曲线二、舵机的工作特性1.电动舵机的动特性电动机的力矩特性（包括磁粉离合器的力矩特性）近似为线性力矩特性，其斜率A等于：MI0式中：—力矩特性曲线与横坐标I的夹角；A—角速度等于常数时，输入力矩M对输入电流I的偏导数电动舵机中电动机的线性化力矩特性二、舵机的工作特性（用磁粉离合器控制的间接式）电动舵机的动特性假设：鼓轮到舵面传动机构的速比为i；磁粉离合器、齿轮传动机构、舵面及它的传动机构和电动机转子折算到到鼓轮（包括鼓轮）的总转动惯量为J；磁粉离合器传递到鼓轮上的力矩为M；磁粉离合器控制绕组的输入电压为U，电流为I，电感量为L，电阻为R；鼓轮角速度和转角分别

7、为和k；舵偏角为。忽略摩擦力矩的影响。磁粉离合器减速机构舵面传动机构IM注意：力矩传递比与速度传递比是互成反比例二、舵机的工作特性下图是根据前述运动方程列出的电动舵机机构图：ARu+-I+--BkM（a）变换前（b）变换后u+-k二、舵机的工作特性磁粉离合器机械特性曲线的斜率B0，得出空载时（Mj=0）电动舵机的传递函数：式中：TM=L/R为电动舵机的