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航空知(zhī)识(shí)手册(cè)之六:执行(háng)机构(gòu)和电气系统

 

执行(háng)机构

无人机执行机构都是伺服(fú)作动设备,是导航(háng)飞控(kòng)系统的重要组成部分(fèn)。其(qí)主要功能是(shì)根据飞控计算机的指令,按规定的静(jìng)态和动态要求,通过对无人机各控(kòng)制舵面和发动机节(jiē)风等的控制,实(shí)现对无人机的飞(fēi)行控制。

伺(sì)服(fú)执行机构的类型(xíng):

电(diàn)动伺服执行机构通常由电动机、测速装置、位置传感器、齿轮传动装置、驱动电路等组成。

电液伺服执行机构通常由电(diàn)液伺(sì)服阀、作动筒(tǒng)和位置传感器等组成。

气动伺服(fú)执(zhí)行机(jī)构通常(cháng)由电磁控制活门。作动筒和位置传感器等组成。

与其他(tā)伺(sì)服作动设备相比,电动伺服作动设备(bèi)的制造和维修比较方(fāng)便,和飞行控制系(xì)统采用(yòng)同一能源(yuán),信号(hào)的传输与控制(zhì)也比较容易,其系统组成简单,线路的敷设教管(guǎn)路方便。因此,在无人机(jī)上主要使用电动伺服作动设备。随着(zhe)稀土永磁(cí)材料的发(fā)展和电(diàn)力制造(zào)技术的进步,执行电动机性能的(de)不断提高,PWM控制技(jì)术(shù)和大(dà)规模集(jí)成电路以及谐波减速器的使用(yòng),电动伺服作动设(shè)备在体积、重量和静动特性指标上有(yǒu)很大的进步。

2.伺服执(zhí)行机构(gòu)的主要(yào)参数

1)额定输(shū)出力矩

额定输(shū)出力矩指在(zài)额定工作状态下,伺服作动(dòng)设备输(shū)出的最(zuì)大(dà)力矩。

伺(sì)服(fú)作动设备的(de)负载一般包括:铰链力矩、惯性力矩、摩擦力(lì)矩和阻尼力(lì)矩。其中,铰链(liàn)力矩是伺服作动设备的(de)最主要力矩。

2)额(é)定输出(chū)速(sù)度

在额定状态下输(shū)入指令时,伺(sì)服作动设备的输出速度。

3)输出(chū)行程(chéng)

输出行程指输入信号从最大到最(zuì)小变化时,伺服作动设备在正反两(liǎng)个(gè)方向运动的位(wèi)移量(liàng)的综合。最大行(háng)程是(shì)对控制权限的一种限制。

4)输入输(shū)出传递系数

输(shū)出角度与输入(rù)电(diàn)信号的比例系数

5)线性度

线(xiàn)性度是输出与输入(rù)关系曲线对直线(xiàn)的偏差。

6)非线性

伺服作动设备的死区、滞环、饱和等都会引起设(shè)备(bèi)的(de)非线性。

7)频率响应

频(pín)率响应通常是在总(zǒng)输入值5%~10%的输入信号下,当改(gǎi)变测试输入(rù)频率知道(dào)输出幅值衰减3db时(shí),此时的(de)频率定义为伺服作动设备的频(pín)宽。对(duì)于快速响应(yīng)系统,频(pín)宽是很重要的指标,频宽越宽系(xì)统响应越快,但同时抗干扰能(néng)力也就越差。一(yī)般要求伺服作动设备的频(pín)宽是无人机频宽的3~5倍。

8)瞬态响应

瞬态响应是指输入加阶跃信号时,伺服(fú)作动设备输出的时间响应(yīng)。

9)分辨率

分辨率是指(zhǐ)从零(líng)位到引起可测出输出变化的最小输出值。通常分(fèn)辨率要求为输入值的(de)1%左右。

10)连续工作电流及制动电流

在额定状态下(xià)输(shū)入指(zhǐ)令时,伺服作动设备连续工作所消耗的电流。制动电(diàn)流是伺服设备(bèi)制动状态下(xià)所消耗的电流。

电(diàn)气系(xì)统(tǒng)

为使无人机上各系统(tǒng)和设备正常工作,完成预定的功(gōng)能,需(xū)要使用(yòng)各(gè)种形式的能源(yuán)。在无人(rén)机(jī)上使用(yòng)的动力、测(cè)控、飞行控制与管(guǎn)理(lǐ)、导航、任(rèn)务设备等系(xì)统都与电气(qì)系统有关。因此,电(diàn)气系统是无人机系统的一个重要组成部分(fèn),它的工作状态及运行质量将(jiāng)直接影响无人机和全系(xì)统的正常工(gōng)作。

无人机电气系统一般(bān)包括(kuò)电源、配电系统、用电设(shè)备三(sān)个部(bù)分,电源和配(pèi)电(diàn)系统(tǒng)两者的组成统(tǒng)称为供电系统(tǒng)。供电系统的(de)功能是向无(wú)人机各(gè)用(yòng)电系统或设(shè)备(bèi)提供(gòng)满足预(yù)定设计要求的(de)电(diàn)能。

根据电气系(xì)统的(de)位(wèi)置(zhì),无人机电气系统又可分为机载(zǎi)电气系(xì)统和地面供电系统两(liǎng)部分。机载电气系统主要由主电源、应急电源、电气设备的控制与保护装(zhuāng)置及辅助设备组成。

机载电(diàn)气系统(tǒng)的供电(diàn)电(diàn)源(yuán)一般(bān)是指无人机主动力装置直接驱(qū)动的发(fā)电装(zhuāng)置,而(ér)电(diàn)动(dòng)无人(rén)机的动力电池即为无人机供电(diàn)电源。在一些(xiē)大型(xíng)无人机上(shàng),为(wéi)了适应用电系统胡(hú)设备对供电类型的不同要求,还应根据(jù)需要设置(zhì)变换电源(yuán)。一旦主电(diàn)源(yuán)系统发(fā)生故障,必须有应急电源,为(wéi)无人机安全飞行和返航着(zhe)陆所必需的系统或设备提供足够的电能。

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