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航空知识手册之六:执行(háng)机构和(hé)电气系统

 

执行机(jī)构(gòu)

无人机执行机构都(dōu)是伺服作动设备,是导航飞控系统的重要组成部分。其主要(yào)功(gōng)能是根据飞控(kòng)计算机的指(zhǐ)令,按规定的静态和动态要求,通过对无人机各控制舵面和(hé)发(fā)动机节风等的控制,实现(xiàn)对无人(rén)机的飞行控制。

伺服执(zhí)行机构的类型:

电动伺服(fú)执行机构通常由电动(dòng)机、测(cè)速装置、位置传感(gǎn)器、齿轮传动装置(zhì)、驱动电路等组成。

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

气动伺服执行机(jī)构通常(cháng)由(yóu)电磁控制活门。作动筒和(hé)位(wèi)置传感器等组成。

与其(qí)他伺服作动(dòng)设备相(xiàng)比,电动伺服(fú)作(zuò)动设备的制造(zào)和维(wéi)修比较方便,和飞行控制系统采用(yòng)同一能源,信号的传输与控制也比(bǐ)较容易,其系统组成简单(dān),线路的敷设教(jiāo)管路方便。因此,在无人机上主要(yào)使用电动(dòng)伺服(fú)作动设备(bèi)。随着稀土永(yǒng)磁材料的(de)发(fā)展和电力制造技术的进步,执行(háng)电动机性能的不断提高,PWM控(kòng)制技术和大规模集成电路以及谐波减速器(qì)的使用(yòng),电动伺服作动设备在体积、重量和(hé)静动特性指标上(shàng)有很大的进步。

2.伺服(fú)执行机构的主要参数

1)额定(dìng)输出力矩(jǔ)

额定输出力矩(jǔ)指(zhǐ)在额定工作状(zhuàng)态下,伺服(fú)作动设备输出的最(zuì)大力矩。

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

2)额(é)定输(shū)出速(sù)度

在额定状态下(xià)输入指令时,伺服作动设备的输出速度(dù)。

3)输出行程

输出行程指输(shū)入信(xìn)号(hào)从最大到(dào)最小变化时,伺服作动设备在正反两个方向运(yùn)动的位(wèi)移量(liàng)的综合。最大行程是对控制权限(xiàn)的一(yī)种限制。

4)输入输(shū)出(chū)传(chuán)递(dì)系数

输出角度与输入电信号的比例(lì)系数

5)线(xiàn)性度

线性度是输出与输入(rù)关系曲线对直线的偏差。

6)非(fēi)线性(xìng)

伺服作动设备(bèi)的(de)死区、滞环(huán)、饱和等都会引起(qǐ)设备的(de)非线(xiàn)性。

7)频率响应(yīng)

频率响应通常是在总输入值5%~10%的输入信(xìn)号下,当(dāng)改变测试输入频率知道输出幅值衰减3db时,此(cǐ)时的频率定义为伺服(fú)作(zuò)动设备(bèi)的频(pín)宽。对于快速(sù)响应系统,频宽(kuān)是很重要的指标,频宽越宽系统响应越快,但同时抗干(gàn)扰(rǎo)能(néng)力也就越差(chà)。一(yī)般要求(qiú)伺服(fú)作动设备的频宽是无(wú)人机频宽的3~5倍。

8)瞬态响(xiǎng)应(yīng)

瞬态响应是指(zhǐ)输入加阶跃(yuè)信(xìn)号时,伺服作动(dòng)设备输出的时间响应。

9)分辨率

分辨率是指(zhǐ)从(cóng)零(líng)位到引(yǐn)起可测出输(shū)出变(biàn)化(huà)的最小输出值。通(tōng)常分辨率要求为输入值的1%左(zuǒ)右。

10)连续工作电流及(jí)制动电流

在额定状态下输入指(zhǐ)令时,伺服作动设备连续工(gōng)作所消耗的电流。制(zhì)动电流是伺服设备制动(dòng)状态下(xià)所消耗的电流。

电气系统

为(wéi)使无人机上各系统和设备正常工作,完成预定的功能,需要使用各种形式的能(néng)源。在无人机上使用的动力、测控、飞行控(kòng)制与管理、导航、任(rèn)务设备(bèi)等(děng)系统都与电气系统有关。因此,电气系统是(shì)无(wú)人机系统的一个重要组成部分,它的工作状(zhuàng)态及(jí)运行质量将直接影(yǐng)响无人机和(hé)全系统(tǒng)的正常工作(zuò)。

无人机电气系统一(yī)般包括电源、配电系统、用电设备三(sān)个(gè)部分,电(diàn)源和配电系统两者的组成统称(chēng)为供电(diàn)系统。供电系统的功能是(shì)向(xiàng)无人机各用(yòng)电(diàn)系统或(huò)设(shè)备提供满足预定(dìng)设(shè)计要求(qiú)的电能。

根据电气(qì)系统的位置,无人机电气(qì)系统又(yòu)可分为机(jī)载电(diàn)气系统(tǒng)和地面供电系统(tǒng)两部分(fèn)。机载电气(qì)系统主要由主电源(yuán)、应(yīng)急电源、电气设备(bèi)的控制与保(bǎo)护(hù)装置及(jí)辅助设备(bèi)组成。

机载电(diàn)气系统的供电电源一般是指无人机主(zhǔ)动力装置直接驱动的发(fā)电装置,而电动无人机的(de)动力电池即为无人(rén)机(jī)供电电源。在一些大型无人机上,为了适应(yīng)用(yòng)电系统胡设备对供电类型的不同要求(qiú),还应根据需要设置变换电源。一旦主电源系统发生故障,必(bì)须(xū)有应急电(diàn)源,为无人机安全(quán)飞行(háng)和返航着(zhe)陆所必需(xū)的系统或(huò)设备提供足够的电能。

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