自動駕駛儀(共4頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上自動駕駛儀一、自動駕駛儀的組成 為了弄清自動駕駛儀的組成以及它是如何來代替駕駛員的問題。我們先來看看駕駛員是如何操縱飛機(jī)的。如果要求飛機(jī)作水平直線飛行,飛機(jī)必須有一起始的俯仰角 (等于平飛時的迎角)來產(chǎn)生一定的升力與飛機(jī)的重力平衡.同時升降舵應(yīng)向上偏轉(zhuǎn)一定角度產(chǎn)生一定的操縱力矩與飛機(jī)的穩(wěn)定力矩平衡.此時陀螺地平儀的指示小飛機(jī)應(yīng)水平線位置,表明飛機(jī)作水平直線飛行.若某種干擾使飛機(jī)偏離起始姿態(tài)(如抬頭 角),這時駕駛員從地平儀觀察到此變化,于是他的大腦作出決定,前推駕駛桿,使升降舵下偏一個 角,產(chǎn)生一低頭力矩從而使飛機(jī)趨于水平駕駛員從地平儀中看到此變化,于是把駕駛桿逐漸回

2、收到原來的平衡位置,升降舵也回到位置,這時飛機(jī)又作水平下線飛行.上述駕駛過程可用圖8.20來表示。由圖可知,駕駛員和飛機(jī)組成了一個閉環(huán)系統(tǒng),圖中虛線框表示駕駛員。若用自動駕駛儀來代替駕駛員上述駕駛過程的話,那么駕駛儀必須滿足如下條件:1.它應(yīng)能知道飛機(jī)偏離預(yù)定姿態(tài)角的情況,并按偏離方向,使舵面作相應(yīng)的偏轉(zhuǎn).2.舵面偏轉(zhuǎn)的大小和飛機(jī)偏離的大小應(yīng)成一定的比例關(guān)系.即機(jī)頭偏離大時,舵偏角也應(yīng)大。因此自動駕駛儀也應(yīng)具有代替駕駛員眼、神經(jīng)和肌肉、手或腳的一些裝置.如起眼睛作用的敏感元件,起神經(jīng)和肌肉作用的變換放大元件和起手起腳作用的執(zhí)行元件。如圖8.21所示.由圖可知,自動駕駛儀主要由敏感元件、變換放大

3、元件和執(zhí)行元件三大部分組成.1.敏感元件:有時也稱為傳感器,它是用來感受或測量飛機(jī)的姿態(tài)及飛行參數(shù),并輸出相應(yīng)電信號的一些裝置。如測量飛機(jī)俯仰、傾斜和航向姿態(tài)的垂直陀螺儀放4量飛機(jī)繞機(jī)體軸轉(zhuǎn)動角速度的速率陀螺儀此外還有大氣數(shù)據(jù)傳感器、高度差傳感器和加速度計(jì)等敏感元件。2.變換放大元件:從敏感元件輸出的電信號一般都是很微弱的,為了使執(zhí)行元件能夠工作,并按一定規(guī)律工作,必須將信號加以放大和變換,使得足以推動執(zhí)行元件,并按一定規(guī)律動作。最常用的變換放大元件有電子放大器、磁放大器和液壓放大器等。電子放大器通常有晶體管、集成電路和大規(guī)模集成電路等放大器。3.執(zhí)行元件:有時也稱為舵機(jī)。它根據(jù)敏感元件輸出的

4、信號大小及極性去偏轉(zhuǎn)相應(yīng)的舵面。根據(jù)采用的能源不同主要有:電動式、液壓式和氣動式。在自動駕駛儀中有一個最基本的回路,它是由放大器、舵機(jī)和返饋元件構(gòu)成的一個閉環(huán)回路,通常稱之為舵回路。舵回路性能的好壞會直接影響到自動駕駛儀性能。圖中測速機(jī)測出舵面偏轉(zhuǎn)的角速度,并返饋給放大器用來改善舵回路的動態(tài)特性,即增大舵回路的阻尼。位置傳感器將舵偏角位置信號返饋到舵回路的輸入端從而實(shí)現(xiàn)舵偏角的大小與輸入控制信號成一定的關(guān)系。當(dāng)舵回路具有位置返饋時稱之為比例式舵回路。這時舵面的偏轉(zhuǎn)角與輸入信號成正比。若舵回路僅具有速度返饋時為積分式舵回路,即舵面偏轉(zhuǎn)的角速度與輸入信號成比例。二、自動駕駛儀的功用及工作原理我們知

5、道自動駕駛儀是用來穩(wěn)定與控制飛機(jī)角運(yùn)動和重心運(yùn)動的一種飛行自動控制系統(tǒng)。其功用為:1.按照駕駛員的意圖穩(wěn)定(或保持)飛機(jī)的飛行狀態(tài)。如穩(wěn)定飛機(jī)的姿態(tài)角,保持飛機(jī)的飛行高度和飛行M數(shù)等。例如,駕駛員常常通過自動駕駛儀來穩(wěn)定飛機(jī)的姿態(tài)角作巡航水平直線飛行。尤其遠(yuǎn)程民航機(jī)、運(yùn)輸機(jī)、轟炸機(jī)以及殲擊機(jī)轉(zhuǎn)場時很重要,以減輕駕駛員的負(fù)擔(dān)。2.執(zhí)行來串自動駕駛儀中操縱臺的各種指令信號。由于自動駕駛儀是并聯(lián)在飛機(jī)機(jī)械系統(tǒng)之中,所以當(dāng)自動駕駛儀工作時,駕駛員不能推動駕駛桿,因它們與自動駕駛儀聯(lián)動。為此駕駛員必需通過自動駕駛儀的操縱臺發(fā)出各種指令控制信號,此信號與敏感元件輸出的信號極性相反以其差值加到舵回路從而操縱

6、舵面偏轉(zhuǎn),使飛機(jī)按照各種指令信號運(yùn)動。例如使飛機(jī)按給定的俯仰角爬高、下滑、改平;按選定的傾斜角轉(zhuǎn)彎;按選定的航跡飛行等。3.自動駕駛儀目前正朝綜合化多功能方向發(fā)展。例如與地面無線電設(shè)備一起可組成自動著陸系統(tǒng),來完成飛機(jī)的自動著陸等任務(wù)。如波音-747等飛機(jī)上裝有自動著陸系統(tǒng)。在轟炸機(jī)上還可同其它電子設(shè)備、軍械設(shè)備一起構(gòu)成自動瞄準(zhǔn)投彈系統(tǒng)。如F-105D戰(zhàn)斗轟炸機(jī)可利用自動駕駛儀操縱飛機(jī)進(jìn)入目標(biāo),機(jī)動飛行投彈,脫離戰(zhàn)斗,返航和著陸。在戰(zhàn)斗機(jī)上還可與機(jī)載雷達(dá)等設(shè)備構(gòu)成火力控制系統(tǒng),當(dāng)機(jī)載雷達(dá)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)后,就進(jìn)入自動跟蹤目標(biāo)。并實(shí)施攻擊。它還可以同地形跟蹤雷達(dá)一起構(gòu)成自動地形跟蹤系統(tǒng),這種系繞可使飛機(jī)

7、貼著地形高速低空入侵,由于有地形的遮蔽,不易為雷達(dá)所發(fā)現(xiàn)。如F-111飛機(jī)上就裝有自動地形跟蹤系統(tǒng);可離地60米飛行。因此自動駕駛儀不僅可用于民航機(jī)、運(yùn)輸機(jī)、轟炸機(jī)；而且還可用于殲擊機(jī)、直升機(jī)和無人飛機(jī)等。我們知道自動駕駛儀是通過飛機(jī)的升降舵副翼和方向舵三個主要操縱面來穩(wěn)定和控制飛機(jī)的。因而自動駕駛儀也有與其對應(yīng)的俯仰、橫滾和航向三個通道。通道之內(nèi)有相互交聯(lián)的信號(特別是橫滾和航向通道之內(nèi))。下面我們僅以俯仰通道為例來說明自動駕駛儀的工作原理。1.自動駕駛儀穩(wěn)定飛機(jī)俯仰角的過程：a.飛機(jī)處于平飛狀態(tài)飛機(jī)平飛時,俯仰電位計(jì)的電刷B在其中點(diǎn)，而給定電位計(jì)的電刷A也在中點(diǎn),兩者電位相等,偏差信號為零

8、升降舵不動處于中立位置。b.飛機(jī)偏離平飛狀態(tài)，產(chǎn)生俯仰角偏差信號當(dāng)飛機(jī)受到擾動后,若飛機(jī)機(jī)頭上仰 角,這時俯仰電位計(jì)與電刷A一道跟著飛機(jī)上仰(因電位計(jì)串聯(lián)在飛機(jī)上),而電刷B則被垂直陀螺儀穩(wěn)定不動。因此電刷A和B的電位不等，產(chǎn)生偏差信號,其大小與俯仰角的偏差 成比例。c舵面動作,飛機(jī)逐漸恢復(fù)偏差信號放大器放大后,送至舵機(jī)，舵機(jī)轉(zhuǎn)動,一方面經(jīng)鋼索帶動舵面向下偏轉(zhuǎn)；另一方面又帶著返饋電位計(jì)的電刷C轉(zhuǎn)動,直至返饋信號完全低消偏差信號為止.這時舵機(jī)停止轉(zhuǎn)動,從而產(chǎn)生一低頭為矩 Mz,在該力矩的作用下使得飛機(jī)和俯仰電位計(jì)逐漸向平飛位置恢復(fù)。d.舵面逐漸回收,飛機(jī)又恢復(fù)到平飛位置由于飛機(jī)和俯仰電位計(jì)逐漸向

9、平飛位置恢復(fù),而電刷B仍被穩(wěn)定不動則電刷A和B之間的偏差信號逐漸減小,當(dāng)返饋信號大于偏差信號時,輸入到放大器的誤差信號反相(即極性相反)，從而使得舵面逐漸回收,電刷C又逐漸回到中點(diǎn),最后舵面又恢復(fù)到平飛時的中立位置,飛機(jī)又處于平飛狀態(tài)。2.通過自動駕駛儀操縱飛機(jī)的爬高的過程a.駕駛員給出爬高指令當(dāng)操縱飛機(jī)從平飛狀態(tài)改為爬高狀態(tài)時，駕駛員轉(zhuǎn)動臺上的操縱旋鈕，使給定電刷轉(zhuǎn)動，這時電刷A和B之間所給出信號即給定俯仰信號.b.舵面動作產(chǎn)生抬頭的操縱力矩在給定信號的作用下,舵機(jī)轉(zhuǎn)動,一方面經(jīng)鋼索帶動舵面向上偏轉(zhuǎn)；另一方面又帶動返饋電位計(jì)的電刷C轉(zhuǎn)動,直至返饋信號完全抵消給定信為止.舵面上偏產(chǎn)生上仰操縱力矩.C.飛機(jī)逐漸向給定姿態(tài)過渡在上仰操縱力矩的作用下,飛機(jī)逐漸上仰,俯仰電位計(jì)及給定電刷A也隨飛機(jī)一起上仰,而電刷B仍被穩(wěn)定不動.這樣電刷A和B之間的偏差信號愈來愈小,于是返饋信號大于偏差信號,輸入到放大器的信號反相,使舵面逐漸回收,電刷C逐漸向是點(diǎn)移動.d.飛機(jī)操縱到爬高狀態(tài)隨著飛機(jī)上仰到給定的俯仰角時,電刷A和B之間的偏差信號為零.返饋電位計(jì)的電刷C也回到中點(diǎn),舵面又處于中立位置,則飛機(jī)以給定的俯仰角爬高.從上面自動駕駛儀穩(wěn)定與控制飛機(jī)姿態(tài)角的過程看出:該過程就是自動駕駛儀和飛機(jī)兩者相互作用的過程.一方面由自動駕駛儀根據(jù)姿態(tài)角偏差的大小