舵机与舵回路

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铰链力矩Mj近似写为: M
j
= C QS δ cδ δ j = M δ j
δ hj
δ j
δ M 式中系数 j 表示单位舵偏角产生的铰链力矩.
作用于舵机的铰链力矩的特点: • 在舵面类型与几何形状一定的情况下，相同舵偏角 产生的铰链力矩,随飞行状态而改变, 动压Q越大,铰链 力矩也越大;
4.2 舵机的特性分析
Ø Ø Ø Ø
舵面的负载特性 电动舵机的动特性 液压舵机的动特性 铰链力矩对舵机动特性的影响
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4.2.1 舵面的负载特性
舵机在运动过程中所承受的负载: 铰链力矩-是舵机最主要的负载,是作用在 舵面上的气动力相对于舵面铰链轴的力 矩Mj。 铰链力矩的大小取决于舵面的类型与几何 形状、马赫数、迎角或侧滑角以及舵面 的偏转，以舵面偏转所产生的铰链力矩 为主。
电动机的力矩特性（包 括磁粉离合器的力矩特 性）近似为线性力矩特 性，其斜率A等于：
M
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
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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
x
Q A = C d A0 Q B = C d A0
2 ( P 0 − PA ) ρ 2 PB ρ
y A B
式中ρ为油液密度;Cd为 流量系数(一般在0.6-1 范围内);A0为被阀芯打 开的窗口面积,其正比于
阀芯位移量x,即:A0=bx(b为比例系数).因为滑阀输出的流量必 须等于输入的流量,即QA=QB.若令:PA-PB=P,则滑阀的输出流量 为:Q = C bx ( P − P)
I 磁粉 离合器 M 减速 机构 ω 舵面 传动机构 δ
假设： d∆I v 鼓轮到舵面传动机构的速比为i； ∆u = L + ∆IR dI v 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 v 磁粉离合器传递到鼓轮上的力矩为 M； ∆M j = m δ j ∆δ v 磁粉离合器控制绕组的输入电压为 ωk ∆M k 1 ∆ δ = i → = U，电流为I，电感量为L，电阻为R； ∆δ = − k ω i ∆M i v 鼓轮角速度和转角分别为ω和δk； v 舵偏角为δ。 注意：力矩传递比与速度传递比是互成 v 忽略摩擦力矩的影响。 反比例
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液压舵机的动特性（续）
密度为ρ,压力为P1的流体从容器节 流孔(或喷嘴)流入小室,忽略流体 在容器中的流速,并假设流体截面 k处的: 压力为P2; 流速为V2; 截面面积为A2; P1 P2 V22 按照柏努里方程可写成: = +
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4.1.1电动舵机（续）
例：间接控制电动舵机
Z16 Z1 Z15 Z14 Z3 Z2
Z12 衔铁与斜盘
Z13 Z5 Z4
Z10 Z7 Z11 鼓轮 电磁离合器 Z9 Z5 金属磨擦离合器 Z8 Z6
电磁 离合器
δ M • 铰链力矩的方向(或者说系数 j 行状态改变.
z Mδ jz δ z
的符号)也随飞
M a 〈1
Rδ 1
Rδ
Oδ
V
M a 〉1 Rδ 2
δ z 〉0
δ z 〉0
M δz
δz jzຫໍສະໝຸດ VOδz Mδ jz δ z
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WM ( s ) = ∆u ( s ) = s2
当舵机有载时（ 即∆Mj≠0），结构图变为（b），舵机的传 递函数： Ai 2 / m δ ∆δ k ( s ) j R
WM ( s) = ∆u ( s ) =
2 (TM s + 1) ( Ji 2 / m δ ) s −1 j
[
]
若忽略时间常数TM值，则可近似为：
0 d
ρ
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Q = C d bx
( P0 − P ) ρ
上式描述的滑阀输出流量Q与负载P之间的关系又称滑阀的负 载特性,如下图(a)所示,也是一族非线性曲线,可同分析电动 舵机一样,采用线性化的处理方法来研究液压舵机的动特性, 如图(b)所示.
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假设下图中回油压力为零;作动筒A腔的压力为PA;B腔的压力为PB, 并忽略滑阀内部的漏油.则当阀芯左移x(设x为正)后,通过滑 P0 回油 回油 阀流入作动筒A腔的流量 QA和从B腔流到滑阀的流 量QB分别为:
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电液副舵机各组成部件的作用
v
v
v
力矩马达： 将 电 气量转换 成机 械 角位 移 ，是一 种 信号 转 换装置。 液压放大器： 将机械位移转换为控制阀液压的流向及流量。 位移传感器： 将活塞杆的位移转变成电信号反馈到FCC。
4.2.2 舵机的动特性 1.电动舵机的动特性
v
电动机的机械特性(包 ω 括磁粉离合器的机械特 性在内)可由一族非线 性曲线来表征.工程实 践中往往采用线性化处 理,即:研究其在某一平 衡状态附近的增量运动, 其斜率B等于:
∂M tgβ = − ∂ω
u = const
U
β
M
= −B
电动舵机中电动机的机械特性曲线
Ai 2 / m δj R ∆δ k ( s ) WM ( s) = = 2 ∆u ( s ) ( Ji 2 / m δ j )s − 1
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下图是根据前述运动方程列出的电动舵机机构图：
m
∆u + 1 Ls
B—等于电压等于常数时，输出力矩M对角速度ω的偏导数； β—机械特性曲线与纵坐标的夹角。
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电动舵机的动特性
v
∂M tgα = ω = const = A ∂I 式中：α—力矩特性曲线与 横坐标I的夹角；
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余度舵机
v v
余度舵机：在电传操纵系统中使用;就是用几套相同的 舵机组合在一起共同操纵舵面。 余度电液副舵机有三套相同的电液副舵机（包括液压伺 服阀合作动器），三套作动筒的活塞杆同时连接在一根 杆上并一起运动。余度副舵机组成（各有3套）：
4.1 舵机与的工作原理
4.1.1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。 电动舵机的控制方式：直接式和间接式。 v 直接式：改变电动机的电枢电压或激磁电压，直接控制舵机 输出轴的转速与转向。 v 间接式：是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转向。
› 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。
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δ j
1 i
∆I
A
∆M +
-
1 Js
∆ω
1 s
∆δk
−1 i
∆δ
R （a）变换前
B ∆u + ∆ω 1 ∆δk − 1 kM s (TM s + 1) s i
Rmδj Ai 2
∆δ
−
(TM s + 1)
（b）变换后
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ρ ρ 2
j k
P1 容器
小室
于是,由上式可得截面k处的流速为: V
2=
2 ( P 1 − P2 ) ρ
流体经截面k处的流量Q2=A2V2,且A2=CdA0(A0为节流孔的面 积,Cd为流量系数,它随节流前通道的几何形状而定),因此,可 得k处的流量为:
Q 2 = C d A0 2 ( P 1 − P2 ) ρ
自动飞行控制系统
中国民航大学
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第四章 舵机与舵回路
4.1 舵机的工作原理 v 电动舵机； v 电动液压舵机 4.2 舵机的特性分析 4.3 舵回路
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磁粉离合器机械特性曲线的斜率B≈0，得出空载时（∆Mj=0） 电动舵机的传递函数： ∆δ k ( s ) KM
WM ( s ) = ∆u ( s) = s 2 (TM s + 1)
式中：TM=L/R为电动舵机的电气时间常数； 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： ∆δ k ( s ) K M