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航空(kōng)知(zhī)识(shí)手册之六:执(zhí)行机构(gòu)和电气系统(tǒng)

 

执行机构

无人机执行机构都是伺服作(zuò)动设备(bèi),是导航(háng)飞控系统的重要组(zǔ)成部分。其主(zhǔ)要功能是根据飞控计算(suàn)机的指令,按规定(dìng)的(de)静态(tài)和动态要求,通过对无人机各控(kòng)制舵面和发(fā)动机节风(fēng)等的控制,实现对无人机的飞行控制。

伺(sì)服执行机构的(de)类型:

电动伺服执(zhí)行(háng)机构通常由电动机、测(cè)速装置、位置传感器(qì)、齿(chǐ)轮传动装(zhuāng)置、驱动(dòng)电路等组成。

电液伺服执行(háng)机构通(tōng)常由电液伺服(fú)阀、作动(dòng)筒和(hé)位(wèi)置传感器等组成(chéng)。

气动伺服执行机构通常(cháng)由电磁控(kòng)制活(huó)门(mén)。作(zuò)动筒和位置传感(gǎn)器等(děng)组成。

与其他伺服(fú)作动(dòng)设备相(xiàng)比,电动伺服作动设备的制造(zào)和(hé)维修(xiū)比较方便,和飞行控(kòng)制系统采用同一能源,信号的(de)传(chuán)输(shū)与控(kòng)制也比较容易,其系统组成(chéng)简单(dān),线路的敷(fū)设教管路方便。因此,在(zài)无人机上主要使(shǐ)用电动伺服作(zuò)动设备。随(suí)着(zhe)稀土永磁(cí)材料的发展和电力制造技术的进步,执行电动机性能的不断提高,PWM控制技术和大规模(mó)集成电路以及谐波(bō)减速器的使用(yòng),电动伺服作动(dòng)设备在体(tǐ)积、重量和静动特性指(zhǐ)标上有很大的进步。

2.伺服执行机构的主要参数

1)额定输出力矩

额定输出力矩指在额(é)定工作状态下(xià),伺服作动设备输出的(de)最大力矩。

伺服作动设(shè)备的负载一般包括:铰链力矩、惯(guàn)性力(lì)矩、摩(mó)擦力矩和阻尼力矩。其(qí)中,铰链力矩是伺服作动设备的最(zuì)主要力矩(jǔ)。

2)额定输出速度(dù)

在额定状(zhuàng)态(tài)下输入指令时(shí),伺服作(zuò)动设备的输出速度。

3)输(shū)出行(háng)程

输出行程(chéng)指输入信号从最大到最(zuì)小变化(huà)时,伺服作动设备在正反两个方(fāng)向运动的位移量的综合。最大(dà)行(háng)程是对控制权限的一种限制。

4)输入输出传递系数(shù)

输出角度与输入电信号(hào)的比例系数

5)线性度

线(xiàn)性度是输出与输(shū)入关系曲线对直线(xiàn)的偏差。

6)非(fēi)线性

伺服作动(dòng)设备的死区、滞环、饱和等都会引起设(shè)备的(de)非线性。

7)频率响应

频率响应通常是在总输入值5%~10%的(de)输入信(xìn)号下,当改(gǎi)变测试输入频率知道输(shū)出幅值衰减3db时,此时的频率定义为伺(sì)服作动设备的频宽。对于快速响(xiǎng)应系统,频宽是很重(chóng)要的指标,频(pín)宽越宽系(xì)统响应越快(kuài),但同时抗干(gàn)扰能力也(yě)就越差。一般要求伺(sì)服(fú)作(zuò)动(dòng)设备的频宽是无人机频(pín)宽的3~5倍。

8)瞬态响应(yīng)

瞬态响应(yīng)是指(zhǐ)输入加阶跃信号时,伺服作(zuò)动设备输出的(de)时间(jiān)响应。

9)分辨率(lǜ)

分(fèn)辨率是指(zhǐ)从零位到引(yǐn)起可测出输出变化(huà)的最小输出值。通常分辨率(lǜ)要求为输(shū)入值的1%左右。

10)连续工作(zuò)电流(liú)及制动电流

在额定状态下输入指(zhǐ)令时,伺(sì)服作动设备连续(xù)工作(zuò)所消耗(hào)的电流(liú)。制动电流(liú)是伺(sì)服设备制动状态下所消耗的电流(liú)。

电气系(xì)统

为使无人机上各系统(tǒng)和设备(bèi)正常工作,完成预定的(de)功(gōng)能,需要使(shǐ)用各(gè)种形(xíng)式的能源。在无人机(jī)上使(shǐ)用的动力、测控、飞行控(kòng)制与管理、导航、任务设备(bèi)等(děng)系统(tǒng)都与电(diàn)气系统有关。因此,电气系统是无人(rén)机系(xì)统的一个(gè)重要(yào)组成部分,它的工作状态及运(yùn)行质量(liàng)将直接影响无人机(jī)和(hé)全系(xì)统(tǒng)的正(zhèng)常(cháng)工作。

无人机(jī)电气(qì)系统一般包(bāo)括电源、配电系(xì)统、用电设备(bèi)三个(gè)部分,电源(yuán)和配(pèi)电系统两者的组成统称为供电系(xì)统。供(gòng)电系统的功能是(shì)向无人机各用电(diàn)系统(tǒng)或(huò)设备(bèi)提供满足(zú)预定设计要求的电能。

根据电气系统的位置,无(wú)人机电气系统又可分为(wéi)机载电气系统(tǒng)和地面供电系统两部分(fèn)。机(jī)载电气系统主要由主电源、应急电源(yuán)、电气设备(bèi)的控制与保护装置及辅助(zhù)设备组成。

机(jī)载电气系统的供电电(diàn)源一般是指无人机主动力装置直(zhí)接驱动(dòng)的发电装(zhuāng)置,而电动无(wú)人机的动力(lì)电池即为无人(rén)机供电电源。在(zài)一些大(dà)型无人(rén)机上(shàng),为了适(shì)应用电系统(tǒng)胡(hú)设备对供电(diàn)类型(xíng)的不(bú)同要求,还应根(gēn)据需要设置(zhì)变换电源。一旦主电(diàn)源系(xì)统发生故障,必须有应(yīng)急(jí)电源(yuán),为无人机安全飞(fēi)行(háng)和(hé)返航着陆所必需的系统或设备提供足够的电能(néng)。

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