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航空知识手册之六:执行机(jī)构和电气系统(tǒng)

 

执行机构

无人机(jī)执行机构都是(shì)伺服作动(dòng)设备,是导航(háng)飞控系统的重要组成部分。其主要功能是根据飞控计算机(jī)的指令,按规定的静态和(hé)动态要求(qiú),通过对(duì)无人机各控制(zhì)舵面和发动机节风等的控制,实现对无人机的飞行控制。

伺服执行机构的类型:

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

电液伺服执行机构通常(cháng)由电(diàn)液伺服(fú)阀、作动筒和位置(zhì)传(chuán)感器等组成。

气动伺服执行机构(gòu)通常由电磁控制(zhì)活门。作(zuò)动筒和位置传(chuán)感器等组成。

与其他伺服作动设备相(xiàng)比,电动(dòng)伺(sì)服作动设备的制造和维修比较(jiào)方便,和(hé)飞行(háng)控制(zhì)系(xì)统采用同一能源,信(xìn)号的传输与控制(zhì)也比较容易,其系统组(zǔ)成简单,线(xiàn)路的敷设(shè)教管路方便。因(yīn)此,在无人机上(shàng)主要使用电动(dòng)伺服作动设备。随(suí)着(zhe)稀土永(yǒng)磁材料(liào)的发展和电(diàn)力制造(zào)技术的进步,执行电动机性能的不断提高,PWM控(kòng)制(zhì)技(jì)术和大规模集(jí)成电路以及谐波减速器的使用,电动伺服作动设备(bèi)在体积、重量和静动特性(xìng)指标上有很大的进步。

2.伺服执行(háng)机(jī)构的主要参数

1)额定输(shū)出力矩(jǔ)

额定输出力矩(jǔ)指在(zài)额定工作状态(tài)下,伺服作动设(shè)备输出的最大(dà)力矩。

伺(sì)服作动设备(bèi)的负载一般包括:铰链力矩、惯性力矩、摩擦力矩和阻尼(ní)力矩。其(qí)中,铰链力矩是伺服作动设备的最主要力矩。

2)额定输出速(sù)度

在额定状态(tài)下输入指(zhǐ)令时,伺服作(zuò)动设备(bèi)的输出速度。

3)输出行程(chéng)

输出(chū)行程指(zhǐ)输入信号从(cóng)最大到最小(xiǎo)变化时,伺服作(zuò)动设备在正反两(liǎng)个方(fāng)向运动的位(wèi)移(yí)量的综(zōng)合。最大(dà)行程(chéng)是对控制权限的一种限制。

4)输入输(shū)出传递系数

输出角度(dù)与输入电信号的(de)比例(lì)系数(shù)

5)线性度

线性(xìng)度是输出与(yǔ)输入关系曲线对直线的偏差。

6)非(fēi)线性

伺服作动设备的死区、滞环、饱和等都会引(yǐn)起设(shè)备的非线(xiàn)性(xìng)。

7)频率(lǜ)响应

频率(lǜ)响应(yīng)通(tōng)常是在总(zǒng)输(shū)入值(zhí)5%~10%的输入(rù)信号下,当改变测试输入频率知(zhī)道输出幅值衰减(jiǎn)3db时,此时的频率定义为伺服(fú)作(zuò)动设备的(de)频宽(kuān)。对于(yú)快速响应系统,频宽是很重(chóng)要的指标,频宽(kuān)越(yuè)宽系统响应(yīng)越快(kuài),但(dàn)同时抗干扰能力(lì)也就越差。一般要求伺服作动设备的频宽是无人机频宽的3~5倍。

8)瞬态响应(yīng)

瞬态响应(yīng)是指(zhǐ)输入加(jiā)阶跃信号时,伺(sì)服作动设备输出的时间响应。

9)分辨率

分(fèn)辨率是指从零(líng)位到引(yǐn)起可测出输出变化的最(zuì)小输(shū)出值。通常分辨率要求为输入值的1%左右(yòu)。

10)连续工作电流及制(zhì)动电流

在额定状态(tài)下输入指令时,伺服(fú)作动设备连续工作(zuò)所消耗的(de)电流(liú)。制动电流是(shì)伺服设备(bèi)制(zhì)动状态下(xià)所消耗的(de)电流。

电气(qì)系统

为(wéi)使无人机上(shàng)各系统和设备(bèi)正常工(gōng)作,完成预定的(de)功能,需要使用各种(zhǒng)形(xíng)式的(de)能源。在无人机上(shàng)使用的动(dòng)力(lì)、测控(kòng)、飞行控制(zhì)与管理、导航、任(rèn)务设备等系统都与(yǔ)电气系统有关。因(yīn)此,电气系统是无人机系统的一个重(chóng)要组成部分,它的工作状(zhuàng)态及(jí)运行质量将(jiāng)直(zhí)接影响无人机和(hé)全系统的正常工(gōng)作。

无人机电气系统一般包括电(diàn)源(yuán)、配(pèi)电系统、用电(diàn)设(shè)备三个部分,电源和(hé)配电系统两者(zhě)的组(zǔ)成(chéng)统(tǒng)称为供(gòng)电系统。供(gòng)电(diàn)系(xì)统的功能是(shì)向无人机各用电系统或设备提供满足预定设计要求的电能。

根(gēn)据(jù)电(diàn)气(qì)系(xì)统的位置,无人机电气系统又可分为(wéi)机载电气系(xì)统和地面供(gòng)电系(xì)统(tǒng)两部分。机载电气系统主要由主电(diàn)源、应急电源、电气设备的(de)控制与保护(hù)装置及辅(fǔ)助设备组成。

机(jī)载(zǎi)电气(qì)系(xì)统的(de)供电电源一般是(shì)指无人机主动力装置直接驱动的发(fā)电装(zhuāng)置,而(ér)电动无人机的动力电池即为(wéi)无人(rén)机供电电(diàn)源。在一些大型无(wú)人机上,为了适应用电系统胡设备对供电类(lèi)型的不同(tóng)要求,还(hái)应根据需要设置变换电源。一旦(dàn)主(zhǔ)电(diàn)源系统发生故(gù)障,必须有应急电源,为无人机安全(quán)飞行和返(fǎn)航着陆所(suǒ)必需的系统或设备(bèi)提供足(zú)够的电能。

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