第四章 舵机与舵回路-newppt课件.ppt

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1、自动飞行控制系统中国民航大学张旗2010年9月制第四章舵机与舵回路4.1舵机的工作原理电动舵机；电动液压舵机4.2舵机的特性分析4.3舵回路第四章舵机与舵回路-概述舵回路(伺服系统)—是飞行自动控制系统中一个不可缺少的组成部分；按照指令模型装置敏感元件输出的电信号去操纵舵面，实现飞机角运动或轨迹运动的自动稳定和控制。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。4.1舵机与的工作原理4.1.1电动舵机以电力为能源，通常由电动机(直流或交流)、测速装置、位置传感器、齿轮传动装置、和安全保护装置等组成。

2、电动舵机的控制方式：直接式和间接式。直接式：改变电动机的电枢电压或激磁电压，直接控制舵机输出轴的转速与转向。间接式：是在电动机恒速转动时，通过离合器的吸合，间接控制舵机输出轴的转速和转向。4.1.1电动舵机（续）例：间接控制电动舵机Z16Z15Z14Z13Z12Z10Z9Z11Z8Z5Z7Z6Z5Z4Z3Z2Z1电磁离合器衔铁与斜盘电磁离合器鼓轮金属磨擦离合器4.1.1电动舵机（续）M80%40%60%100%B020%40%60%80%100%/n磁粉离合器的机械特性曲线4.1.2液压舵机能源—液压舵机

3、以高压液体作为能源。种类—可分为液压舵机(直接推动舵面偏转)与电液副舵机(它要通过液压主舵机，即液压助力器才能带动舵面偏转)。左为电液副舵机。液压舵机电液副舵机的组成：电液伺服阀(包括力矩马达和液压放大器)：作动筒；和位移传感器。电液副舵机各组成部件的作用力矩马达：将电气量转换成机械角位移，是一种信号转换装置。液压放大器：将机械位移转换为控制阀液压的流向及流量。位移传感器：将活塞杆的位移转变成电信号反馈到FCC。余度舵机余度舵机：在电传操纵系统中使用;就是用几套相同的舵机组合在一起共同操纵舵面。余度电液副舵机

4、有三套相同的电液副舵机（包括液压伺服阀合作动器），三套作动筒的活塞杆同时连接在一根杆上并一起运动。余度副舵机组成（各有3套）：监控器和逻辑转换控制开关：监控和检测各自通道的指令输入、电液伺服阀的位移、作动筒两腔的压力差和作动筒活塞的位移等信号。伺服阀位置传感器压差传感器副舵机位置传感器信号整形器旁通活门：受监控器控制，工作时可连通作动筒的两腔。4.2舵机的特性分析舵面的负载特性电动舵机的动特性液压舵机的动特性铰链力矩对舵机动特性的影响4.2.1舵面的负载特性舵机在运动过程中所承受的负载:铰链力矩-是舵机最主要

5、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。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.VV4.2.2舵机的动特性1.电动舵机的动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

6、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。M电动舵机中电动机的机械特性曲线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（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

7、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为电动舵机的电气时间常数；KM=A/JR为电动舵机的静

8、态增益，一般来说，时间常数TM值较小，近似分析中可忽略，因而电动舵机的传递函数可近似写为：当舵机有载时（即Mj0），结构图变为（b），舵机的传递函数：若忽略时间常数TM值，则可近似为：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由前式推导可见：空载时用磁粉离合器控制的电动舵机动特性：可用两个积分环节与一个惯性