第四章-1 舵机的工作原理

铰链力矩对舵机的动特性和静特性均有很大影响， 且随飞行状态不同而变化。
课后习题


舵回路的用途是什么？通过什么方法实现？ 舵机的分类？ 余度舵机的工作原理？ 磁粉离合器控制的电动舵机空载级负载情况下 的动特性？ 铰链力矩对舵机动特性有何影响？

舵面的负载特性

研究意义：飞行控制系统的性能很大程度上取 决于舵机的性能。 研究方法：从负载入手分析舵面的负载特性， 研究电动和液压舵机的动特性及舵面负载对舵 机性能的影响。

舵面的负载特性

舵面的负载---铰链力矩 主要由舵面偏转引起 相同舵偏角产生的铰链力矩随飞行状态改变， 动压Q越大，铰链力矩越大，方向随之改变。 通常舵面转轴的位置设置在压力重心的前面
非线性曲线，难以描述和分析
采用线性化的方法研究平衡状态 附近的增量运动。 将非线性机械特性曲线近似为斜 率为B的线性机械特性曲线。
电动舵机中电动机的机械特性
B---输入电压为常数时，输出力 矩M对角速度w的偏导数。
舵机的动特性

电动舵机的动特性
同样，把电动舵机中电动机的力矩特 性近似为斜率为A的线性力矩特性。

按照作用分为：
液压舵机：直接推动舵面偏转
电液副舵机：通过液压助力器带动舵面偏转
电液复合舵机

电液副舵机和液压主舵机组装而成 具有人工驾驶、自动控制、复合工作和应急操 纵等四种工作状态 组成：电液副舵机、主舵机、电磁转换机构、 锁紧机构和复合摇臂等，为保证舵机的可靠性， 用两套独立的液压源供油。


余度舵机


电传操纵系统中，驾驶员只通过电气通道驱动 舵面，其可靠性要求高。 多余度技术：有备份，用几套相同的舵机组合 在一起共同操纵舵面。
余度舵机

三套相同的电液副舵机，三套作动筒的活塞杆同 时连接在一根杆上，一起运动。 正常情况下， A“主动” A故障，B变 为“主动” B故障，C变 “主动”
舵机的动特性

液压舵机的动特性
液压舵机的空载动特性可描述为一个积分环节和一个二阶振 荡环节的串联。
有载动特性可描述为一个惯性环节和一个二阶振荡环节的串 联。
舵机的动特性

铰链力矩对舵机动特性的影响
，显然负
电动与液压舵机的传递函数பைடு நூலகம்包括铰链力矩系数 载铰链力矩的变化会改变舵机的原有特性。
假设电动舵机机械特性斜率B不为零，由方块图写出其电动舵 机负载传递函数：


舵面的负载特性

动压增大，铰链力矩急剧增大。 为减小铰链力矩，把舵面偏转的位置设置在压 力中心变化范围的中间。 压力中心线位于转轴 后面时， ，铰 链力矩力图使舵面恢复到中间位置。 反之， ，铰链 力矩力图使舵面继续 偏转，出现铰链力矩 反操纵现象。
舵机的动特性

电动舵机的动特性
舵面负载不为零时：
减速增矩
负载情况下传递函数： 忽略时间常数TM：
舵机的动特性

电动舵机的动特性
可见： 磁粉离合器控制的电动舵机空载动特性可描述为两个积分环节 与一个惯性环节的串联。
电动舵机负载情况下的动特性可描述为一个二阶无阻尼振荡环 节与一个惯性环节的串联。
近似分析中可忽略舵机的电气时间常数TM。
在铰链力矩作用下，舵机传递函数中含有系数 ， 随飞行状态而变化，致使舵机的动特性随之变化。 如果 >0，出现铰链力矩反操纵，传递函数中将包括 一个不稳定的二阶振荡环节，舵机工作将不稳定。
舵机的动特性

铰链力矩对舵机动特性的影响
舵机的稳态输出值，在有负载时： 有负载时，鼓轮的输出转角正比于输入电压，并与动压 成 正比。 其稳态输出也随飞行状态的变化而变化，当 增大时稳态偏 转角减小。
电动舵机中电动机的线性化力矩特性
舵机的动特性

电动舵机的动特性
磁粉离合器控制的间接式电动舵机原理方块图 忽略摩擦力矩的影响，电动舵机运动方程描述为：
舵机的动特性

电动舵机的动特性
由上方块图可得 B 0，空载时电动舵机输入电压对鼓轮的传递函数：
忽略时间常数TM：
舵机的动特性

电动舵机的动特性
直接式：改变电动机的电枢电压或激磁电压，直接控制输 出轴的转速和方向。 间接式：在电动机恒速转动时，通过离合器的吸合，间接 控制舵机输出轴的转速和方向。
电动舵机
磁粉离合器间接 控制的电动舵机
换向 保护
人工/自动
电动舵机

磁粉离合器的机 械特性曲线

铰链力矩的存在 影响机械特性
液压舵机

以高压液体为能源
第四章 舵机与舵回路
舵机的工作原理 舵机的特性分析

舵回路（伺服随动系统）：按照指令模型装置 或敏感元件输出的电信号操纵舵面，实现飞机 角运动或轨迹运动的自动稳定和控制。


执行元件：舵机 负载：铰链力矩 用途：改善舵机性能 方法：引入内反馈
电动舵机


以电力为能源，通常由电动机（直流或交流）、 测速装置、位置传感器、齿轮传动装置和安全 保护装置等组成。 控制方式