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航空知识手(shǒu)册之六:执行机构和电气系统

 

执(zhí)行机构

无人机执行机(jī)构(gòu)都是伺服作动设(shè)备,是导(dǎo)航(háng)飞(fēi)控系统的重要组成部分。其主要功能是(shì)根据飞(fēi)控计算机的指令,按规(guī)定的静态和动态要求,通(tōng)过对无人(rén)机各控制舵面(miàn)和发动机节风等(děng)的控制,实现对无人机的飞行控制(zhì)。

伺服执行机(jī)构的类型:

电动伺服执行机构通(tōng)常由电动机、测(cè)速装置、位置传感(gǎn)器、齿轮传动装(zhuāng)置、驱(qū)动(dòng)电路等组(zǔ)成。

电液(yè)伺服(fú)执行机构通常由电液伺服阀(fá)、作动筒(tǒng)和位置(zhì)传感(gǎn)器等组成。

气动伺服执行机构通常由电磁(cí)控制活门。作(zuò)动(dòng)筒和位置传感(gǎn)器(qì)等组成。

与(yǔ)其(qí)他(tā)伺服作动设备相比,电(diàn)动伺服作动(dòng)设备的制造(zào)和维修比较方便,和飞(fēi)行控制系统采用同(tóng)一(yī)能源,信号的传输与控制(zhì)也比(bǐ)较容易,其系统组(zǔ)成(chéng)简单,线路的敷设(shè)教管路方便。因此,在无人机(jī)上主要使用电动伺(sì)服作动(dòng)设(shè)备。随(suí)着稀土永磁材料的发展和电力制造技术的进步,执行电动机性能(néng)的不断提高,PWM控制(zhì)技术(shù)和大规模集成(chéng)电路以及谐波减速器(qì)的使用,电(diàn)动伺服(fú)作(zuò)动设备在体积、重量(liàng)和静动特(tè)性指标(biāo)上有很(hěn)大的(de)进(jìn)步(bù)。

2.伺(sì)服执行机构的主要(yào)参数

1)额定(dìng)输出(chū)力矩

额定输出力矩指在额定(dìng)工作状态下,伺服作动设备输出的最大力矩。

伺服作(zuò)动设备的(de)负载一般包括:铰链(liàn)力矩(jǔ)、惯(guàn)性力(lì)矩、摩擦(cā)力矩和阻尼力矩。其中,铰链力矩是伺服作动设备的最主要(yào)力(lì)矩。

2)额(é)定输出(chū)速度

在额定状态下输(shū)入指令时,伺服作动设备的输出(chū)速度(dù)。

3)输(shū)出行(háng)程

输出行程指输入信(xìn)号(hào)从(cóng)最大到最(zuì)小变化时,伺服(fú)作动设(shè)备在(zài)正反两个(gè)方(fāng)向(xiàng)运动的位移量的综合。最(zuì)大行程是对(duì)控制权限(xiàn)的(de)一种限制。

4)输入输出传递系数

输出角度与输入电信号的比例系数

5)线性度

线性度是输出与输入关系曲线对(duì)直线的偏差。

6)非线性

伺服作(zuò)动设备的死区、滞环、饱(bǎo)和等都(dōu)会引起设备的非线性。

7)频率响应

频率响应通常(cháng)是在总输入值5%~10%的输入(rù)信号下,当改变测试输入频率(lǜ)知道输出幅值衰减3db时,此时的(de)频率定义为伺服作(zuò)动设备(bèi)的频宽。对于快速响(xiǎng)应系统,频宽是(shì)很重要(yào)的指标,频宽越宽系统响应越快(kuài),但同时抗干扰(rǎo)能力也就越差(chà)。一般要求伺服作动(dòng)设备的频宽是无人机频宽的3~5倍。

8)瞬态响应

瞬态(tài)响应是指输入加阶跃信号时(shí),伺服作动设备输出的时间响(xiǎng)应。

9)分辨(biàn)率

分辨率是指从零位到(dào)引起可测出输出(chū)变化的最小输出(chū)值。通常分辨率(lǜ)要求为(wéi)输(shū)入值的1%左右。

10)连续工作电流及制动电流

在额定状态下输入指令时,伺服(fú)作动设备连续工作所(suǒ)消耗的电流。制动电流是伺(sì)服设备制动状态下所消(xiāo)耗(hào)的电流。

电气系统

为使(shǐ)无人机上(shàng)各系统(tǒng)和设备(bèi)正(zhèng)常工作(zuò),完成预定的功(gōng)能,需(xū)要使用(yòng)各(gè)种形式的能源。在无人机上使用的(de)动力、测控、飞行控制与管理、导航、任务设(shè)备等(děng)系统(tǒng)都(dōu)与电气(qì)系统(tǒng)有(yǒu)关。因此,电气系统(tǒng)是无人机系统(tǒng)的一(yī)个重要组成部(bù)分,它的工作(zuò)状态及运行质量将直接影响无人机(jī)和(hé)全系统(tǒng)的正常(cháng)工作。

无人机电气系统一般包括(kuò)电源、配电系统、用电设备(bèi)三个(gè)部分(fèn),电源和配电系统两者的(de)组成统称为供电系统。供(gòng)电系统(tǒng)的功能(néng)是向无人机(jī)各用电系统(tǒng)或设备提供满足(zú)预定设计(jì)要求(qiú)的(de)电(diàn)能。

根据(jù)电(diàn)气系统(tǒng)的位置,无(wú)人机电气系统又可分为机(jī)载(zǎi)电气系(xì)统和地(dì)面供电系统(tǒng)两部(bù)分。机载(zǎi)电气系统主要由主电源、应急电源、电气设(shè)备的控制与保护装置及辅助设备组成(chéng)。

机载电气(qì)系统的供电(diàn)电源一般是指(zhǐ)无人机主动力装置直接驱动的发电装置,而电(diàn)动无人机的(de)动(dòng)力电(diàn)池即(jí)为无人机供电电源。在一些大型无人(rén)机上(shàng),为了适(shì)应用电系(xì)统(tǒng)胡设备对(duì)供电类型的不同要(yào)求,还应(yīng)根据需要设(shè)置变(biàn)换电源。一旦主(zhǔ)电源系统发生故障,必须有应急电(diàn)源,为无人机安全飞行和返航着陆所(suǒ)必(bì)需的系(xì)统(tǒng)或设备提(tí)供足够的电能(néng)。

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