飞行控制系统-第四章舵机与舵回路
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航模舵机控制原理
航模舵机控制原理第一章引言航模舵机作为航空模型控制系统中的重要组成部分，其性能和稳定性直接影响着整个航模系统的运行效果。
因此，研究航模舵机的控制原理对于提高模型飞行控制的精度和稳定性具有重要意义。
第二章舵机工作原理航模舵机是一种装置，其主要功能是根据输入信号，对模型的舵面进行控制，从而改变飞机的姿态。
舵机通常由电机、控制电路和反馈装置组成。
电机通过齿轮传动将电能转换为机械能，使舵面产生位移。
控制电路负责接收输入信号，并驱动电机按照指令进行运动。
反馈装置则用来检测舵面的实际位置，并将信息反馈给控制电路，以便实现闭环控制。
第三章舵机控制系统航模舵机控制系统通常分为开环控制和闭环控制两种方式。
开环控制是根据预设的控制信号直接输出驱动电机，没有对实际舵面位置进行反馈。
闭环控制则通过反馈装置检测舵面实际位置，并将其与预设的控制信号进行比较，以调整驱动电机的输出，使舵面达到预期位置。
闭环控制可以有效地减小系统误差，并提高舵面的精度和稳定性。
第四章舵机控制原理优化为了提高航模舵机控制的性能，可以采用一些优化方法。
例如，通过改进反馈装置的精度和灵敏度，可以提高控制系统的稳定性和响应速度。
此外，利用先进的控制算法，如PID控制器，可以更精确地控制舵面位置，减小误差。
另外，在舵机的制造过程中，选用优质的材料和精密的制造工艺，也可以提升舵机的质量和性能。
总结航模舵机控制原理是航空模型控制系统中不可忽视的一部分。
通过深入研究舵机的工作原理和控制方法，可以有效地提高航模飞行的控制精度和稳定性。
未来的研究方向可以致力于改进舵机的反馈装置和控制算法，以实现更高级别的控制功能。
第一章引言航模舵机作为航空模型控制系统中的重要组成部分，其性能和稳定性直接影响着整个航模系统的运行效果。
因此，研究航模舵机的控制原理对于提高模型飞行控制的精度和稳定性具有重要意义。
本篇论文将着重探讨航模舵机的工作原理和控制系统，并介绍一些优化方法。
第二章舵机工作原理航模舵机是一种装置，其主要功能是根据输入信号，对模型的舵面进行控制，从而改变飞机的姿态。
第四章-2 舵回路的构成与基本类型
低频特性接近软反馈 高频特性接近硬反馈 鼓轮输出既正比于输入，又正比于输入的积分
• 舵回路的发展及数字化
• 舵回路的基本类型
软反馈式
忽略铰链力矩
• 舵回路的基本类型
软反馈式
传递函数
令• 舵回路的基本Fra bibliotek型软反馈式 忽略时间常数 ：
可见，软反馈，即速度反馈式舵回路的传递函数近似为 一个积分环节。 其输出舵偏角正比于输入电压的积分，即输出舵面偏转 角速度正比于输入电压。近似于反馈系数 成反比。
飞行自动控制系统的指令可按比例地控制舵面偏角速度。
第四章 舵机与舵回路
舵回路
引入舵回路的目的
• 舵面的铰链力矩对舵机工作影响很大。 • 为削弱铰链力矩对舵机工作的影响，并 满足控制规律的要求，飞行控制系统中 采用舵回路来代替单个的舵机操纵舵面 的偏转。
舵回路的构成与基本类型
• 舵回路的构成
铰链力矩的存在相当于在舵机内部引入一个反馈。
依据自动控制原理，在舵机内部人为引入另 外的反馈，抵消铰链力矩的影响。
弹性反馈式
由位置反馈 串联一个均 衡环节实现
均衡环节 时间常数
位置反馈 系数
• 舵回路的基本类型
弹性反馈式 传递函数
忽略B的影响，Te一般较大，忽略时间常数
的影响：
• 舵回路的基本类型
弹性反馈式
若弹性反馈式舵回路工作在低频段，则传递函数近似为 一个积分环节；若工作在高频段，则近似为一个比例环 节。
• 舵回路的基本类型
硬反馈式
忽略铰链力矩
• 舵回路的基本类型
硬反馈式
传递函数
• 舵回路的基本类型
硬反馈式
使
• 舵回路的基本类型
硬反馈式
• 舵回路的发展及数字化
• 舵回路的基本类型
软反馈式
忽略铰链力矩
• 舵回路的基本类型
软反馈式
传递函数
令• 舵回路的基本Fra bibliotek型软反馈式 忽略时间常数 ：
可见，软反馈，即速度反馈式舵回路的传递函数近似为 一个积分环节。 其输出舵偏角正比于输入电压的积分，即输出舵面偏转 角速度正比于输入电压。近似于反馈系数 成反比。
飞行自动控制系统的指令可按比例地控制舵面偏角速度。
第四章 舵机与舵回路
舵回路
引入舵回路的目的
• 舵面的铰链力矩对舵机工作影响很大。 • 为削弱铰链力矩对舵机工作的影响，并 满足控制规律的要求，飞行控制系统中 采用舵回路来代替单个的舵机操纵舵面 的偏转。
舵回路的构成与基本类型
• 舵回路的构成
铰链力矩的存在相当于在舵机内部引入一个反馈。
依据自动控制原理，在舵机内部人为引入另 外的反馈，抵消铰链力矩的影响。
弹性反馈式
由位置反馈 串联一个均 衡环节实现
均衡环节 时间常数
位置反馈 系数
• 舵回路的基本类型
弹性反馈式 传递函数
忽略B的影响，Te一般较大，忽略时间常数
的影响：
• 舵回路的基本类型
弹性反馈式
若弹性反馈式舵回路工作在低频段，则传递函数近似为 一个积分环节；若工作在高频段，则近似为一个比例环 节。
• 舵回路的基本类型
硬反馈式
忽略铰链力矩
• 舵回路的基本类型
硬反馈式
传递函数
• 舵回路的基本类型
硬反馈式
使
• 舵回路的基本类型
硬反馈式
第四章-1 舵机的工作原理
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。
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。
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
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
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。
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。
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
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
舵机与舵回路
余度舵机
❖ 三余度副舵机组成：
监控器和逻辑转换控制 开关：监控和检测各自 通道的指令输入、电液 伺服阀的位移、作动筒 两腔的压力差和作动筒 活塞的位移等信号。
伺服阀位置传感器 压差传感器 副舵机位置传感器 信号整形器 旁通活门：受监控器控
制，工作时可连通作动 筒的两腔。
4.2 舵机的特性分析
可用一个二阶无阻尼的振荡环节与一个惯性环节 的串联来描述。 • 由于舵机的电气时间常数TM值较小，近似分析中 往往可忽略。
4.2.2 舵机的动特性
2.液压舵机的动特性
下图为简单滑阀活塞式液压舵机的原理图，其工作原理：
回油
P0
回油
A
B
当滑阀的阀芯偏离中间位
置x值后，进油压力为P0 的高压油通过阀芯工作凸
❖
KM=A/JR为电动舵机的静态增益，一般来说，时间常
数TM值较小，近似分析中可忽略，因而电动舵机的传递函数
可近似写为：
WM
(s)
k (s)
u(s)
KM s2
当舵机有载时（ 即Mj0），结构图变为成下图，舵机的传
递函数：
WM
(s)
k (s)
u(s)
(TM
s
Ai2 / mj R
1)
( Ji
2
活塞杆移动带动舵面
余度舵机
❖ 在电传操纵系统中，没有机械通道，对舵机的 可靠性要求很高，提高可靠性的主要措施是采 用多余度技术。
❖ 余度舵机：就是用几套相同的舵机组合在一起 共同操纵舵面。
❖ 三余度电液副舵机有三套相同的电液副舵机 （包括电液伺服阀和作动器），三套作动筒的 活塞杆同时连接在一根杆上并一起运动。
输出轴的转速与转向。 ❖ 间接式：是在电动机恒速转动时，通过离合器的吸合，间接
《舵机与舵回路》课件
舵回路在飞机中的应用
控制飞机的飞行姿态 保持飞机的稳定性和可控性 提高飞机的机动性和灵活性 降低飞机的飞行阻力和油耗
舵机与舵回路的维 护和保养
舵机的维护和保养
定期检查舵机的连接线是否松动或损坏 定期检查舵机的齿轮和轴承是否磨损或损坏 定期检查舵机的润滑油是否充足，是否需要添加或更换 定期检查舵机的控制板是否正常工作，是否有故障或损坏
舵机过热：检查散 热系统是否正常， 必要时更换散热器
舵机抖动：检查舵 机安装是否牢固， 必要时重新安装
舵机不工作：检查 电源是否正常，必 要时更换电源
舵回路信号丢失： 检查信号线是否连 接正常，必要时更 换信号线
舵机与舵回路的发 展趋势和未来展望
舵机的发展趋势和未来展望
智能化：舵机将更加智能化，能够自主 学习和适应环境
舵回路的维护和保养
定期检查舵回路的传感器和 执行器，确保其正常工作
定期检查舵回路的液压油和 润滑油，确保其清洁和充足
定期检查舵回路的连接和密 封情况，确保其正常工作
定期检查舵回路的电气系统， 确保其正常工作
定期检查舵回路的机械系统， 确保其正常工作
定期检查舵回路的液压系统， 确保其正常工作
常见故障及排除方法
舵机的应用：广 泛应用于机器人、 无人机、自动化 设备等领域
舵机的分类和特点
液压舵机特点：输出力矩大， 控制精度高，但结构复杂， 维护成本高
舵机分类：根据驱动方式， 可分为液压舵机、电动舵机 和气动舵机
电动舵机特点：结构简单， 控制精度高，但输出力矩较
小，适用于小型船舶
气动舵机特点：输出力矩大， 结构简单，但控制精度较低，
高性能：舵机将具有更高的性能，如更 高的精度、更快的响应速度和更强的负 载能力
飞行控制系统
• (4)控制回路
• 稳定回路加上测量飞机重心位置或速度信号的元件以 及表征飞机空间位置几何关系的运动学环节，组成更 大的回路，称为控制回路或制导回路。其作用是实现 对飞机重心的运动即飞机运动轨迹的控制。
2020/4/2
4.1 自动驾驶仪的工作原理
2020/4/2
4.1.2 角位移式自动驾驶仪的控制规律及调 节原理
.
馈信号 ，即飞 机俯仰角变化率，增大阻尼。
2020/4/2
g
Mf
Q0sbCme
L
2020/4/2
4.1 自动驾驶仪的工作原理
• 2．带有一阶微分环节的比例式自动驾驶仪控制规律
由自动控制原理中的测速反馈的概念可知，如果适当地在控制信号中引入系统 输出量的变化率信号，就可以增大系统的阻尼，减小响应的超调量。所以在 上述比例式自动驾驶仪的基础上，如果引入俯仰角速率负反馈信号，就可以 产生附加舵偏角，形成与俯仰角速率反向的附加操纵力矩，对飞机的姿态运 动起阻尼作用，防止振荡，这就构成了带有一阶微分环节的比例式自动驾驶 仪。
由此可见，升降舵的舵偏角增量与俯仰角偏差 (成g比) 例关系。具有
这种控制律的姿态角自动控制器称为比例式自动驾驶仪。又因为这 种比例关系完全靠舵回路的位置反馈来实现的，而位置反馈又称硬 反馈，所以比例式自动驾驶仪也称“硬反馈式自动驾驶仪”。
2020/4/2
4.1 自动驾驶仪的工作原理
• 稳定状态下工作原理分析如下： 设飞机以一定速度等速水平直线飞行，飞机的升力和 重力保持平衡，初始迎角和俯仰角相同。如果受到某 一俯干仰扰角后。(感如受抬飞头机)，姿出态现的俯垂仰直角陀偏螺差仪或惯性，基0为准0初系 始统0 检测出俯仰角增量 ，并 输出与其成比例 的电压信号 ，出经将 u 综驱U 合动装升置降K1*加舵到向舵下回偏路转的即输>入0信，号由为升降。舵舵向 回下e 路偏输转
• 稳定回路加上测量飞机重心位置或速度信号的元件以 及表征飞机空间位置几何关系的运动学环节，组成更 大的回路，称为控制回路或制导回路。其作用是实现 对飞机重心的运动即飞机运动轨迹的控制。
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4.1 自动驾驶仪的工作原理
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4.1.2 角位移式自动驾驶仪的控制规律及调 节原理
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馈信号 ，即飞 机俯仰角变化率，增大阻尼。
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4.1 自动驾驶仪的工作原理
• 2．带有一阶微分环节的比例式自动驾驶仪控制规律
由自动控制原理中的测速反馈的概念可知，如果适当地在控制信号中引入系统 输出量的变化率信号，就可以增大系统的阻尼，减小响应的超调量。所以在 上述比例式自动驾驶仪的基础上，如果引入俯仰角速率负反馈信号，就可以 产生附加舵偏角，形成与俯仰角速率反向的附加操纵力矩，对飞机的姿态运 动起阻尼作用，防止振荡，这就构成了带有一阶微分环节的比例式自动驾驶 仪。
由此可见，升降舵的舵偏角增量与俯仰角偏差 (成g比) 例关系。具有
这种控制律的姿态角自动控制器称为比例式自动驾驶仪。又因为这 种比例关系完全靠舵回路的位置反馈来实现的，而位置反馈又称硬 反馈，所以比例式自动驾驶仪也称“硬反馈式自动驾驶仪”。
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4.1 自动驾驶仪的工作原理
• 稳定状态下工作原理分析如下： 设飞机以一定速度等速水平直线飞行，飞机的升力和 重力保持平衡，初始迎角和俯仰角相同。如果受到某 一俯干仰扰角后。(感如受抬飞头机)，姿出态现的俯垂仰直角陀偏螺差仪或惯性，基0为准0初系 始统0 检测出俯仰角增量 ，并 输出与其成比例 的电压信号 ，出经将 u 综驱U 合动装升置降K1*加舵到向舵下回偏路转的即输>入0信，号由为升降。舵舵向 回下e 路偏输转
民用飞机自动飞行控制系统：第4章 飞机姿态控制系统
偏航控 制系统 (方向舵)
横滚控制系 统(副翼、 扰流板)
显示 AFDS告示 和警告
俯仰控制系 统(安定面、 升降舵）
自动飞行系统方块图
4.1.2自动驾驶仪（AP)
1.自动驾驶仪的基本功用
飞行中代替飞行员控制飞机舵面，以使飞机稳定在 某一状态或操纵飞机从一种状态进入另一种状态。
-------飞机姿态的稳定与控制
的运动 ·特点：（1）横侧向有交联关系；
（2）整个侧向运动对于飞机整体来 讲是一个不独立的运动；
（3）交联中有侧滑的存在。 ·横侧向运动扰动运动的三种模态
滚转收敛模态、螺旋模态和荷兰滚模态。
• 滚转收敛模态
意义：代表了受干扰后，飞机绕OX轴滚转
自由度中变量 p（滚转角速度）、 （滚转角）的快速收敛运动。
结论：
当存在扰动（或输入）时，飞机纵向运动分为两 种运动模态。 – 短周期模态——运动的初始阶段
是以迎角(t) 和俯仰角 (t)为主要
变量的运动。 – 长周期模态——主要是飞机质心的轨迹运动
是以速度 V (t) 和俯仰角 (t) 为主要 变量的运动。
➢飞机横侧向运动的重要特征
·横侧向运动：滚转、偏航、侧移三个自由度
2 各组成部分的功能
（1）测量装置
主测量装置 辅助测量装置
说明
用来感受偏离 初始位置的角 位移信号
用来感受飞机的 角速度和角加速 度信号。
➢ 有的飞机上，自动驾驶仪有专门的测量装置； 有的飞机上，无专门的测量装置，而由飞机上 的其他系统向自动驾驶仪输送信号。
➢ 在不同的飞机上测量装置可能不一样。如输出飞 机俯仰角和倾斜角信号的测量装置，在有的飞机 上使用陀螺平台，有的飞机上是用惯性基准系统， 有的飞机上是用垂直陀螺等。输出飞机航向信号 的测量装置，在有的飞机上是用罗盘系统，有的 飞机上是用陀螺半罗盘，有的飞机上是用惯性基 准系统的等。
第四章 舵机与舵回路-new
Rmδ j Ai 2
∆δ
−
(TM s + 1)
（b）变换后
由前式推导可见： • 空载时用磁粉离合器控制的电动舵机动特性： 可用两个积分环节与一个惯性环节的串联来描 述。 • 舵机在铰链力矩作用下的动特性： 可用一个二阶无阻尼的震荡环节与一个惯性环 节的串联来描述。 • 由于舵机的电气时间常数TM值较小，近似分析中 往往可忽略。
V0 d∆P d∆y 1 K1 ∆x = F + (C1 + C 2 )∆P + (k e + ) dt 2 E dt
假设： • 舵面、舵面传动机构折算到活塞并包括活塞自身的总质 量为m； • 活塞运动的阻尼系数为f； • 摇臂长度为L； • 忽略摩擦力的影响。 则活塞在两腔压力差∆P作用下的运动方程为：
α
0
A—角速度ω等于常数时， 输入力矩M对输入电流I的偏 导数
I
电动舵机中电动机的线性化力矩特性
（用磁粉离合器控制的间接式） 电动舵机的动特性
I 磁粉 离合器 M 减速 机构 ω 舵面 传动机构 δ
假设： d∆I 鼓轮到舵面传动机构的速比为i； ∆u = L + ∆IR dI 磁粉离合器、齿轮传动机构、舵面 及它的传动机构和电动机转子折算 ∆M = A∆I 到到鼓轮（包括鼓轮）的总转动惯 ∆M j d∆ω 量为J； ∆M = J + B∆ω + dt i 磁粉离合器传递到鼓轮上的力矩为 M； ∆M j = m δ ∆δ j 磁粉离合器控制绕组的输入电压为 ωk ∆M k 1 ∆δ k =i → = U，电流为I，电感量为L，电阻为R； ∆δ = − ω i ∆M i 鼓轮角速度和转角分别为ω和δk； 舵偏角为δ。 注意：力矩传递比与速度传递比是互成 忽略摩擦力矩的影响。 反比例
∆δ
−
(TM s + 1)
（b）变换后
由前式推导可见： • 空载时用磁粉离合器控制的电动舵机动特性： 可用两个积分环节与一个惯性环节的串联来描 述。 • 舵机在铰链力矩作用下的动特性： 可用一个二阶无阻尼的震荡环节与一个惯性环 节的串联来描述。 • 由于舵机的电气时间常数TM值较小，近似分析中 往往可忽略。
V0 d∆P d∆y 1 K1 ∆x = F + (C1 + C 2 )∆P + (k e + ) dt 2 E dt
假设： • 舵面、舵面传动机构折算到活塞并包括活塞自身的总质 量为m； • 活塞运动的阻尼系数为f； • 摇臂长度为L； • 忽略摩擦力的影响。 则活塞在两腔压力差∆P作用下的运动方程为：
α
0
A—角速度ω等于常数时， 输入力矩M对输入电流I的偏 导数
I
电动舵机中电动机的线性化力矩特性
（用磁粉离合器控制的间接式） 电动舵机的动特性
I 磁粉 离合器 M 减速 机构 ω 舵面 传动机构 δ
假设： d∆I 鼓轮到舵面传动机构的速比为i； ∆u = L + ∆IR dI 磁粉离合器、齿轮传动机构、舵面 及它的传动机构和电动机转子折算 ∆M = A∆I 到到鼓轮（包括鼓轮）的总转动惯 ∆M j d∆ω 量为J； ∆M = J + B∆ω + dt i 磁粉离合器传递到鼓轮上的力矩为 M； ∆M j = m δ ∆δ j 磁粉离合器控制绕组的输入电压为 ωk ∆M k 1 ∆δ k =i → = U，电流为I，电感量为L，电阻为R； ∆δ = − ω i ∆M i 鼓轮角速度和转角分别为ω和δk； 舵偏角为δ。 注意：力矩传递比与速度传递比是互成 忽略摩擦力矩的影响。 反比例
舵机 控制电路
舵机控制电路章节一：引言 (200字左右)在现代机械领域，舵机作为一种重要的控制装置，广泛应用于机器人、飞行器、汽车等多个领域。
舵机是一种可以提供精确角度控制的电机，通过接收电子信号，将其转换为机械角度运动。
本论文将探讨舵机的原理、工作方式以及相应的控制电路设计。
章节二：舵机原理及工作方式 (300字左右)舵机的核心组件是电机、编码器和控制电路。
其中，电机负责提供力矩和转动，编码器负责测量角度，控制电路则将信号转换为对电机的控制。
舵机工作时，通过不同的脉冲宽度来控制转动角度。
通常，脉冲宽度在0.5ms到2.5ms之间，其中1.5ms为中立位置。
舵机根据收到的脉冲宽度调整转动角度，从而实现机械装置的控制。
章节三：舵机控制电路设计 (300字左右)舵机控制电路设计一般包括信号发生器、电源和驱动电路。
信号发生器负责产生控制信号，其输出脉冲宽度可以通过微控制器或其他电子设备的输出端口来控制。
电源为舵机提供驱动电压，在正常工作条件下，一般为4.8V至6V。
驱动电路将信号发生器的输出与舵机的控制输入连接，以实现对舵机的精确控制。
值得注意的是，舵机控制电路设计需要考虑到电流的稳定性和电压的降噪处理，以确保舵机能够稳定运行。
章节四：舵机控制电路的应用和发展趋势 (200字左右)舵机控制电路在机械领域有着广泛的应用。
例如，在机器人领域，舵机能够实现机械臂的精确运动控制，使机器人能够完成各种复杂的任务。
在航空领域，舵机也被应用于飞行器的飞行控制系统中，提供稳定的姿态调整。
此外，舵机控制电路的发展趋势主要体现在小型化、高效化和智能化方面。
随着技术的进步，舵机将会变得更加节能高效，且具备更强的自适应控制能力。
综上所述，舵机控制电路在机械领域具有重要的应用意义。
通过对舵机原理及工作方式的探究和舵机控制电路设计的详细介绍，我们可以更好地理解舵机的工作原理，并在实际应用中进行精确控制。
未来，随着舵机控制电路的不断发展，我们相信舵机将在更多领域发挥重要的作用。
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的符号：取决于舵面转轴
O
相对于舵面
气动力（R ）压力中心位置。
铰链力矩的大小和方向随飞机状态而变化， 对舵机的工作有很大的影响。
铰链力矩方向
转轴位于压力中心前，M
j
0
且M 随 数 Q Mj
转轴位于压力中心后，M
j
0 出现反操纵现
象
二、舵机的动特性
1、舵机工作是非对称的。原因有两个： 飞机稳定飞行时，舵面就不在中间位置，
由于TM 值很小，在舵机动特性近似分析中 可略去不计。
由于舵机传函中均含
M
j
，∴铰链力矩对
舵机动特性是有影响。
化简方块图为：
u
kM
1 k 1
s(Tms 1)
s
i
RM
j
Aj 2
(Tm s 1)
B不为零时的电动机负载传递函数
W m (s) U k ( (s s ) )(L R s)J (2 A sB M s j /i2)
-
Ls
- Js
s
i
R
B
电动舵机传递函数
1）舵面负载为零 Mj 0 时，B0
得空载时电动舵机输入电压对鼓轮输出转角
的传函：
W M(S) U k((S S))S2(T K M M S1)
WM
(S)
KM S2
KM
A JR
舵机的静态增益
TM
L R
舵机电气时间常数
TM 一般很小，可略去。
电动舵机传递函数
2）舵面负载不为零时 Mj 0 B0
k (A 2/m i( jQ b A S R ) )U
三、铰链力矩对舵机动特性的影响
Mj
0
对舵机形成反馈构成小回路，M
j
0
时是正反馈，舵机传函中将包含不稳定的
二阶环节，舵机工作不稳定。M
j
0 时，
是负反馈，舵机工作稳定。
舵机特性随飞行状态变化，其稳态输出角
也随飞行 Q 值改变，一般 Q,
模型：
ULdI IR dt
电动机的力矩特性 M A I
MJdwBwMj
dt
i
Mj Mj
k
i
式中：
J
dw dt
惯性力矩
Bw阻尼力矩
M j 折算到鼓轮上的铰链力矩
i
舵面角 k 鼓轮角 “△”表示增量
“－”表示舵面转的方向与鼓轮转的方向
相反
电动舵机方框图
M
1
j
i
u
1
IA M -1 1 Nhomakorabea 1R
- Js
s
i
B
r
速度反馈分析结论：
引入速度反馈r，当r 较大时，舵回路特性
对舵机的特殊技术要求
有足够的机械输出功率。
满足舵回路动态性能要求的基本条件。
舵机中应有保证安全可靠的具体措施。
§2、舵机的特性分析
一、舵面的负载（铰链力矩）特性 舵机推动舵面运动时，除了要克服运动部
分的惯性力矩和摩擦力矩外，还要克服舵面 铰链力矩。铰链力矩是由空气动力作用在舵 面上而造成的对舵面铰链轴的力矩。
u
-
M
1
j
i
A M -
1 1 k 1
R
- Js
s
i
B
f
位置反馈电动舵机方块图
1) 引入位置反馈—舵机鼓轮输出转角 f 的反馈, 若 f 0 且 f Mj R/A2i
f
W M ( S ) U K ( ( S S ) ) J 2 S B ( fS A / M R jR /A 2 ) A /R i J 2 S B A /R fS /R A
铰链力矩特性
铰链力矩 M j 与舵面几何形状、类型，飞行的
M, 或 及舵偏角 有关，其中以舵偏角为主。
铰链力矩表达式为 ：
M j C jQb S A j M j j
显然，铰链力矩的大小、符号随飞行状态而变
M
j
的大小、符号随飞行状态变化情况
M
j
的大小：动压Q越大，铰链力矩也越大。
M
j
而是有一个舵偏度，这就使一开始 M j 0 有初始值作用到舵机上。
舵机工作过程中，负载力矩不对称。例如 舵机使舵面偏角加大时（出舵时）铰链力 矩起阻止加大的作用；而在收舵时，又起 加速舵面回收的作用。
磁粉离合器间接控制电动舵机原理方块图
U
线圈
I
磁粉 离合器
M
减速机构
舵面
e
传动装置
M
j
e
e
2、舵机的动态特性：
引入舵机输出角速度反馈r ——软反馈
传函为： W M(S)JS 2(BA A R /R )rSMj /i2 当 (BA R)r4Mj J/i2 时， 传函近似为： WM(S)S[JS(A B/ RA/rR)]
稳态值为： kBA A/JR /rRU
角速度反馈电动舵机方块图
u
-
M
1
j
i
A M -
1 1 k 1
M
j
使舵机工作为非对称性的工作。
§3 舵回路
舵回路的构成： 由舵机与反馈通道构成的闭合回路。
舵回路构成原因 铰链力矩的存在，相当于在舵机内部引入 一个反馈。要想消除它对舵机工作的影响， 可人为地引入另一个反馈构成了舵回路来 抵消铰链力矩的影响。
1、硬反馈（位置反馈）式舵回路 1) 引入位置反馈——舵机鼓轮输出转角 f 的反馈
飞行控制系统-第四章舵机与舵回路
液压舵机
分为液压舵机和电液副舵机。 组成：
由电液伺服阀（力矩马达和液压放大器），作动 筒和位移传感器组成。 优点： 体积小、重量轻、功率增益大，输出功率与转动 惯量的比值大，所以快速性好，控制功率小，灵 敏度高。 缺点 ： 加工、装配较困难，生产成本较高，要另加能 源——油源。
Ai2
WM(S)
k(S)
U(S)
Mj R
(TMS1)M Ji2j
S2
1
Ai 2
当略去TM 时，
WM
(S )
M
j
R
Ji 2
M
j
S2
1
电动舵机特性分析
空载时：舵机动特性可描述为两个积分环 节与一个惯性环节相串联
有载时：舵机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相串联
无论空载还是有载情况下，静态增益 K M 及 时间常数 T均M 随飞行状态改变。
稳态值为：
K
1 f
U
位置反馈分析结论
引入位置反馈f，对任何飞行状态，其舵回 路传函均为一个二阶振荡环节，且各系数 仅与舵机自身的参数和反馈量f 有关，与 飞行状态无关，减弱 M j 影响。
稳态时，舵机鼓轮转角 k 与输入电压 U 成正比，与反馈f 成反比，即 k 与U 成线
性关系，这种反馈f 是位置反馈，又称硬 反馈。
电液复合舵机
组成：电液复合舵机是电液副舵机和液压主舵机 组装而成的。兼有两种舵机的功能。
电液副舵机
液压助力器
电液复合舵机
舵面
人工操纵
一般具有人工驾驶、自动控制、复合工作和应急 操纵等四种工作状态。
余度舵机
主要用于电传操纵系统，提高系统可靠性。 用几套相同的舵机组合在一起共同操纵舵
面，构成余度舵机。