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航空知识手册之六:执行机构和电气系统

 

执行机构

无人机执行机构都是伺服作动设备,是导航飞控系统的重要组成部分。其主要功能是根据飞控计算机的指令,按规定的静态和动态要求,通过对无人机各控制舵面和发动机节风等的控制,实现对无人机的飞行控制。

伺服执行机构的类型:

电动伺服执行机构通常由电动机、测速装置、位置传感器、齿轮传动装置、驱动电路等组成。

电液伺服执行机构通常由电液伺服阀、作动筒和位置传感器等组成。

气动伺服执行机构通常由电磁控制活门。作动筒和位置传感器等组成。

与其他伺服作动设备相比,电动伺服作动设备的制造和维修比较方便,和飞行控制系统采用同一能源,信号的传输与控制也比较容易,其系统组成简单,线路的敷设教管路方便。因此,在无人机上主要使用电动伺服作动设备。随着稀土永磁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控制技术和大规模集成电路以及谐波减速器的使用,电动伺服作动设备在体积、重量和静动特性指标上有很大的进步。

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定工作状态下,伺服作动设备输出的最大力矩。

伺服作动设备的负载一般包括:铰链力矩、惯性力矩、摩擦力矩和阻尼力矩。其中,铰链力矩是伺服作动设备的最主要力矩。

2)额定输出速度

在额定状态下输入指令时,伺服作动设备的输出速度。

3)输出行程

输出行程指输入信号从最大到最小变化时,伺服作动设备在正反两个方向运动的位移量的综合。最大行程是对控制权限的一种限制。

4)输入输出传递系数

输出角度与输入电信号的比例系数

5)线性度

线性度是输出与输入关系曲线对直线的偏差。

6)非线性

伺服作动设备的死区、滞环、饱和等都会引起设备的非线性。

7)频率响应

频率响应通常是在总输入值5%~10%的输入信号下,当改变测试输入频率知道输出幅值衰减3db时,此时的频率定义为伺服作动设备的频宽。对于快速响应系统,频宽是很重要的指标,频宽越宽系统响应越快,但同时抗干扰能力也就越差。一般要求伺服作动设备的频宽是无人机频宽的3~5倍。

8)瞬态响应

瞬态响应是指输入加阶跃信号时,伺服作动设备输出的时间响应。

9)分辨率

分辨率是指从零位到引起可测出输出变化的最小输出值。通常分辨率要求为输入值的1%左右。

10)连续工作电流及制动电流

在额定状态下输入指令时,伺服作动设备连续工作所消耗的电流。制动电流是伺服设备制动状态下所消耗的电流。

电气系统

为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源。在无人机上使用的动力、测控、飞行控制与管理、导航、任务设备等系统都与电气系统有关。因此,电气系统是无人机系统的一个重要组成部分,它的工作状态及运行质量将直接影响无人机和全系统的正常工作。

无人机电气系统一般包括电源、配电系统、用电设备三个部分,电源和配电系统两者的组成统称为供电系统。供电系统的功能是向无人机各用电系统或设备提供满足预定设计要求的电能。

根据电气系统的位置,无人机电气系统又可分为机载电气系统和地面供电系统两部分。机载电气系统主要由主电源、应急电源、电气设备的控制与保护装置及辅助设备组成。

机载电气系统的供电电源一般是指无人机主动力装置直接驱动的发电装置,而电动无人机的动力电池即为无人机供电电源。在一些大型无人机上,为了适应用电系统胡设备对供电类型的不同要求,还应根据需要设置变换电源。一旦主电源系统发生故障,必须有应急电源,为无人机安全飞行和返航着陆所必需的系统或设备提供足够的电能。

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