第四章-1舵機(jī)的工作原理

1、第四章第四章 舵機(jī)與舵回路舵機(jī)與舵回路舵機(jī)的工作原理舵機(jī)的特性分析l舵回路（伺服隨動(dòng)系統(tǒng)）：按照指令模型裝置或敏感元件輸出的電信號(hào)操縱舵面，實(shí)現(xiàn)飛機(jī)角運(yùn)動(dòng)或軌跡運(yùn)動(dòng)的自動(dòng)穩(wěn)定和控制。l執(zhí)行元件：舵機(jī)l負(fù)載：鉸鏈力矩l用途：改善舵機(jī)性能l方法：引入內(nèi)反饋電動(dòng)舵機(jī)電動(dòng)舵機(jī)l以電力為能源，通常由電動(dòng)機(jī)（直流或交流）、測(cè)速裝置、位置傳感器、齒輪傳動(dòng)裝置和安全保護(hù)裝置等組成。l控制方式 直接式：改變電動(dòng)機(jī)的電樞電壓或激磁電壓，直接控制輸出軸的轉(zhuǎn)速和方向。 間接式：在電動(dòng)機(jī)恒速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)離合器的吸合，間接控制舵機(jī)輸出軸的轉(zhuǎn)速和方向。電動(dòng)舵機(jī)電動(dòng)舵機(jī)磁粉離合器間接控制的電動(dòng)舵機(jī)人工/自動(dòng)保護(hù)換向電動(dòng)舵機(jī)電

2、動(dòng)舵機(jī)l磁粉離合器的機(jī)械特性曲線l鉸鏈力矩的存在影響機(jī)械特性液壓舵機(jī)液壓舵機(jī)l以高壓液體為能源l按照作用分為： 液壓舵機(jī)：直接推動(dòng)舵面偏轉(zhuǎn) 電液副舵機(jī)：通過(guò)液壓助力器帶動(dòng)舵面偏轉(zhuǎn)電液復(fù)合舵機(jī)電液復(fù)合舵機(jī)l電液副舵機(jī)和液壓主舵機(jī)組裝而成l具有人工駕駛、自動(dòng)控制、復(fù)合工作和應(yīng)急操縱等四種工作狀態(tài)l組成：電液副舵機(jī)、主舵機(jī)、電磁轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)、鎖緊機(jī)構(gòu)和復(fù)合搖臂等，為保證舵機(jī)的可靠性，用兩套獨(dú)立的液壓源供油。余度舵機(jī)余度舵機(jī)l電傳操縱系統(tǒng)中，駕駛員只通過(guò)電氣通道驅(qū)動(dòng)舵面，其可靠性要求高。l多余度技術(shù)：有備份，用幾套相同的舵機(jī)組合在一起共同操縱舵面。余度舵機(jī)余度舵機(jī)l三套相同的電液副舵機(jī)，三套作動(dòng)筒的活塞桿

3、同時(shí)連接在一根桿上，一起運(yùn)動(dòng)。l正常情況下，A“主動(dòng)”lA故障，B變?yōu)椤爸鲃?dòng)”lB故障，C變“主動(dòng)”舵面的負(fù)載特性舵面的負(fù)載特性l研究意義：飛行控制系統(tǒng)的性能很大程度上取決于舵機(jī)的性能。l研究方法：從負(fù)載入手分析舵面的負(fù)載特性，研究電動(dòng)和液壓舵機(jī)的動(dòng)特性及舵面負(fù)載對(duì)舵機(jī)性能的影響。舵面的負(fù)載特性舵面的負(fù)載特性l舵面的負(fù)載-鉸鏈力矩l主要由舵面偏轉(zhuǎn)引起l相同舵偏角產(chǎn)生的鉸鏈力矩隨飛行狀態(tài)改變，動(dòng)壓Q越大，鉸鏈力矩越大，方向隨之改變。l通常舵面轉(zhuǎn)軸的位置設(shè)置在壓力重心的前面舵面的負(fù)載特性舵面的負(fù)載特性l動(dòng)壓增大，鉸鏈力矩急劇增大。l為減小鉸鏈力矩，把舵面偏轉(zhuǎn)的位置設(shè)置在壓力中心變化范圍的中間。l壓

4、力中心線位于轉(zhuǎn)軸 后面時(shí)， ，鉸鏈力矩力圖使舵面恢復(fù)到中間位置。l反之， ，鉸鏈 力矩力圖使舵面繼續(xù) 偏轉(zhuǎn)，出現(xiàn)鉸鏈力矩 反操縱現(xiàn)象。舵機(jī)的動(dòng)特性舵機(jī)的動(dòng)特性l電動(dòng)舵機(jī)的動(dòng)特性電動(dòng)舵機(jī)中電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性非線性曲線，難以描述和分析采用線性化的方法研究平衡狀態(tài)附近的增量運(yùn)動(dòng)。將非線性機(jī)械特性曲線近似為斜率為B的線性機(jī)械特性曲線。B-輸入電壓為常數(shù)時(shí)，輸出力矩M對(duì)角速度w的偏導(dǎo)數(shù)。舵機(jī)的動(dòng)特性舵機(jī)的動(dòng)特性l電動(dòng)舵機(jī)的動(dòng)特性電動(dòng)舵機(jī)中電動(dòng)機(jī)的線性化力矩特性同樣，把電動(dòng)舵機(jī)中電動(dòng)機(jī)的力矩特性近似為斜率為A的線性力矩特性。舵機(jī)的動(dòng)特性舵機(jī)的動(dòng)特性l電動(dòng)舵機(jī)的動(dòng)特性磁粉離合器控制的間接式電動(dòng)舵機(jī)原理方塊圖忽

5、略摩擦力矩的影響，電動(dòng)舵機(jī)運(yùn)動(dòng)方程描述為：舵機(jī)的動(dòng)特性舵機(jī)的動(dòng)特性l電動(dòng)舵機(jī)的動(dòng)特性由上方塊圖可得 ，空載時(shí)電動(dòng)舵機(jī)輸入電壓對(duì)鼓輪的傳遞函數(shù)：忽略時(shí)間常數(shù)TM：0B 舵機(jī)的動(dòng)特性舵機(jī)的動(dòng)特性l電動(dòng)舵機(jī)的動(dòng)特性舵面負(fù)載不為零時(shí)：負(fù)載情況下傳遞函數(shù)：忽略時(shí)間常數(shù)TM：減速增矩舵機(jī)的動(dòng)特性舵機(jī)的動(dòng)特性l電動(dòng)舵機(jī)的動(dòng)特性可見(jiàn)：磁粉離合器控制的電動(dòng)舵機(jī)空載動(dòng)特性可描述為兩個(gè)積分環(huán)節(jié)與一個(gè)慣性環(huán)節(jié)的串聯(lián)。電動(dòng)舵機(jī)負(fù)載情況下的動(dòng)特性可描述為一個(gè)二階無(wú)阻尼振蕩環(huán)節(jié)與一個(gè)慣性環(huán)節(jié)的串聯(lián)。近似分析中可忽略舵機(jī)的電氣時(shí)間常數(shù)TM。舵機(jī)的動(dòng)特性舵機(jī)的動(dòng)特性l液壓舵機(jī)的動(dòng)特性有載動(dòng)特性可描述為一個(gè)慣性環(huán)節(jié)和一個(gè)二階振蕩

6、環(huán)節(jié)的串聯(lián)。液壓舵機(jī)的空載動(dòng)特性可描述為一個(gè)積分環(huán)節(jié)和一個(gè)二階振蕩環(huán)節(jié)的串聯(lián)。舵機(jī)的動(dòng)特性舵機(jī)的動(dòng)特性l鉸鏈力矩對(duì)舵機(jī)動(dòng)特性的影響電動(dòng)與液壓舵機(jī)的傳遞函數(shù)均包括鉸鏈力矩系數(shù) ，顯然負(fù)載鉸鏈力矩的變化會(huì)改變舵機(jī)的原有特性。假設(shè)電動(dòng)舵機(jī)機(jī)械特性斜率B不為零，由方塊圖寫(xiě)出其電動(dòng)舵機(jī)負(fù)載傳遞函數(shù)：在鉸鏈力矩作用下，舵機(jī)傳遞函數(shù)中含有系數(shù) ， 隨飛行狀態(tài)而變化，致使舵機(jī)的動(dòng)特性隨之變化。如果 0，出現(xiàn)鉸鏈力矩反操縱，傳遞函數(shù)中將包括一個(gè)不穩(wěn)定的二階振蕩環(huán)節(jié)，舵機(jī)工作將不穩(wěn)定。舵機(jī)的動(dòng)特性舵機(jī)的動(dòng)特性l鉸鏈力矩對(duì)舵機(jī)動(dòng)特性的影響舵機(jī)的穩(wěn)態(tài)輸出值，在有負(fù)載時(shí)：有負(fù)載時(shí)，鼓輪的輸出轉(zhuǎn)角正比于輸入電壓，并與動(dòng)壓 成正比。 其穩(wěn)態(tài)輸出也隨飛行狀態(tài)的變化而變化，當(dāng) 增大時(shí)穩(wěn)態(tài)偏轉(zhuǎn)角減小。鉸鏈力矩對(duì)舵機(jī)的動(dòng)特性和靜特性均有很大影響，且隨飛行狀態(tài)不同而變化。課后習(xí)題課后習(xí)