傳感器與執(zhí)行機構ppt課件

1、飛控系統中的傳感器與執(zhí)行機構一. 飛控系統中的傳感器飛機運動變量 角度,角速度,角加速度, 速度,加速度,高度, 迎角,側滑角飛控系統中傳感器的目的 丈量飛機的運動,反響給飛控系統內回路:角速度,迎角,加速度姿態(tài)穩(wěn)定回路:角度巡航與自動飛行:高度,速度傳感器的類型:慣性器件1.陀螺儀丈量飛機的姿態(tài)角:俯仰、滾轉、偏航角丈量飛機的三軸角速率單自在度陀螺儀oz軸為高速旋轉的轉子 固定在內環(huán)上內環(huán)固定在基座上，繞 ox軸轉動雙自在度陀螺儀oz軸為高速旋轉的轉子，固定在內環(huán)上內環(huán)固定在外環(huán)上，繞ox軸轉動外環(huán)固定在基座上，繞oy軸轉動也叫三自在度陀螺內環(huán)是一個萬向支架，將轉子與基座隔開2.雙自在度陀螺

2、任務原理 轉子高速運轉，2150024000轉分2.1定軸性：1慣性空間 靜止不動的坐標系，太陽坐標系不隨地球轉動，近似看作地坐標系2陀螺景象 高速旋轉的物體，其軸線動量矩堅持空間的方向不變，該空間為慣性空間 3) 陀螺的定軸和漂移都是相對于慣性空間自在陀螺儀飛機從東到西，陀螺的轉子軸方向不變，轉子軸由萬向支架與飛機隔開，不隨飛機姿態(tài)改動定位陀螺儀 陀螺轉子H軸線被控制或修正跟蹤地垂線,用來丈量飛機的角度、角速度運動2.2 陀螺的進動性外環(huán)垂直于地面，內環(huán)ox,oz軸平行于地面在ox軸上吊一個重物G，產生力矩：Mx=G*r，沿ox 方向1轉子不轉時，H=0,產生沿ox軸的角加速度，普通慣性物體

3、在空間的運動2當轉子高速旋轉時，H大，在Mx的作用下產生外框繞oy軸轉動y進動， 由H到x，符合右手定那么MxMG 2.2 陀螺的進動性(續(xù))力矩平衡方程：當H=0時為普通慣性方程進動方向：由Hx 方向，右手定那么進動角速度： y =Mx/H2.3 陀螺力矩 轉子動量矩H很大時，進動產生y ，轉子軸不順Mx方向轉動，產生了陀螺力矩： MxGMx=Hy 慣性力矩 陀螺力矩與外力矩Mx方向相反，大小相等，起到平衡外力矩的作用2.4雙自在度陀螺的運動方程 OXYZ基座坐標系 OXYZ 固連于外環(huán)坐標系，外環(huán)繞OY軸轉，產生角和OXYZ 固連于內環(huán)坐標系，內環(huán)繞OX軸轉，產生角和, 歐拉角角動量HOZ

4、方向,隨內框偏轉IxZZX, XZYY在OXY平面求雙自在度陀螺的運動方程0Y軸力矩 My外力矩，在My作用下產生0X軸力矩 Mx外力矩，在Mx作用下產生同時產生慣性力矩： 角加速度陀螺力矩： 由摩擦阻尼力矩：兩軸力矩方程：四階，耦合，線性方程輸出，H向外雙自在度陀螺平衡方程動態(tài)方程 經積分、經過電丈量安裝電位計、碼盤等輸出與，成比例的電信號My,Mx修正力矩，保證H的程度和垂直動態(tài)過程 簡化的動態(tài)過程，僅思索了靜態(tài)關系 思索動態(tài)過程章動，好的陀螺儀該當減少章動 2.5雙自在度陀螺丈量飛機姿態(tài)角地平儀垂直陀螺OXoYoZo地軸系OXbYbZb機體軸系可以繞俯仰和滾轉 框轉動，陀螺轉子H方向與

5、OZo同方向，控制修正力矩，使H垂直于地垂線1飛機產生俯仰角，體軸繞OY轉，H，產生框架滾轉，輸出與成正比的角度信號2飛機產生滾轉角，體軸oz轉 ，H，產生框架俯仰偏轉，輸出與成正比的角度信號H雙自在度陀螺儀液體開關 一個液體單擺，一直向下給出基準，堅持H的方向穩(wěn)定在地垂線上兩軸力矩馬達 與液體開關協作，產生修正力矩，防止H改動方向3.單自在度陀螺3.1根本原理OZ轉子軸， H的方向OX內環(huán)軸，與彈簧和阻尼器銜接，產生彈簧力矩；與電位計銜接，輸出與轉角成比例的電信號當基座有繞OY軸轉動的y，陀螺進動產生沿OX的轉動角，單自在度陀螺輸出與y成比例的信號3.2 單自在度陀螺的動態(tài)方程OXYZ基座坐

6、標系OXYcZc內環(huán)坐標系基座繞OY轉y，陀螺沿OX進動，內環(huán)同時OX軸上有彈簧力矩K，阻尼力矩 摩擦力矩MTx，慣性力矩陀螺力矩分量 和 力矩平衡方程3.2單自在度陀螺的動態(tài)方程續(xù)設沿ox方向力矩平衡方程：慣性力矩 摩擦阻尼力矩 彈簧力矩 陀螺力矩 內環(huán)轉角與y成正比經過電位計輸出與r成正比的電壓信號：3.3 在飛機上的安裝位置俯仰速率：H方向oz2，內環(huán)ox2，由H ox2可丈量q偏航速率：H方向oz1，內環(huán)ox1，由H ox1可丈量r滾轉速率： H方向oz3，內環(huán)ox3，由H ox3可丈量p捷聯式直角兩軸光電探測平臺虛擬樣機 三個速率陀螺分別安裝在不同的方向上丈量導彈彈體三軸速率擾動，完

7、成反響控制4.陀螺儀的開展種類很多，大小不等 機械式，壓電式，石英式，。 液浮陀螺內環(huán)浮在液體中，減少摩擦 撓性陀螺撓性接頭，無摩擦的彈性支撐 激光陀螺小型化 光纖陀螺微型化陀螺穩(wěn)定平臺： 不隨飛機姿態(tài)改動，導航系統目的：精度，漂移最新型角速率陀螺 MEMS技術 小型化 高精度 高價錢5.加速度傳感器丈量飛機重心的線加速度質量塊遭到力的作用產生加速度，位移x=z-xi經過彈簧平衡,阻尼器kg經過電位計輸出安裝在飛機質心位置，可丈量飛機的法向、側向加速度穩(wěn)態(tài)輸出信號：u=Kax K=-Kvm/k, Kv-電位計傳送系數， k彈簧系數可近似替代迎角、側滑角傳感器丈量迎角6.迎角側滑角傳感器 風標式1安在機頭處，氣流使葉片偏移，帶動指針挪動，電位計輸出：u=k2安在xoz平面內，丈量側滑角3精度較低，噪聲大 壓差管式，零壓差式：精度高于風標式7.高度傳感器 靜壓高度表： 真空膜盒感受大氣靜壓p，p膜盒膨脹L，膜盒位移對應于氣壓高度差，電位計輸出u=kH, 高度差傳感器：更復雜，u=kH二.執(zhí)行機構舵機1電動舵機：全電飛機，無人機2液壓舵機：力矩大，大型飛機3電液復合舵機：控制電路液壓助力器4余度舵機：電磁余度，機械無余度電動舵機為例 力矩電機，電磁回路，機械回路 負載：鉸鏈力矩，是M數，迎角、舵面偏轉角的函數助力器作動器： 液壓式，添加力力矩，可近似為12.1電動舵機原理方塊圖力矩電