傳感器與執(zhí)行機(jī)構(gòu)ppt課件

1、飛控系統(tǒng)中的傳感器與執(zhí)行機(jī)構(gòu)一. 飛控系統(tǒng)中的傳感器飛機(jī)運(yùn)動(dòng)變量 角度,角速度,角加速度, 速度,加速度,高度, 迎角,側(cè)滑角飛控系統(tǒng)中傳感器的目的 丈量飛機(jī)的運(yùn)動(dòng),反響給飛控系統(tǒng)內(nèi)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(dòng)飛行:高度,速度傳感器的類型:慣性器件1.陀螺儀丈量飛機(jī)的姿態(tài)角:俯仰、滾轉(zhuǎn)、偏航角丈量飛機(jī)的三軸角速率單自在度陀螺儀oz軸為高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子 固定在內(nèi)環(huán)上內(nèi)環(huán)固定在基座上，繞 ox軸轉(zhuǎn)動(dòng)雙自在度陀螺儀oz軸為高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子，固定在內(nèi)環(huán)上內(nèi)環(huán)固定在外環(huán)上，繞ox軸轉(zhuǎn)動(dòng)外環(huán)固定在基座上，繞oy軸轉(zhuǎn)動(dòng)也叫三自在度陀螺內(nèi)環(huán)是一個(gè)萬(wàn)向支架，將轉(zhuǎn)子與基座隔開(kāi)2.雙自在度陀螺

2、任務(wù)原理 轉(zhuǎn)子高速運(yùn)轉(zhuǎn)，2150024000轉(zhuǎn)分2.1定軸性：1慣性空間 靜止不動(dòng)的坐標(biāo)系，太陽(yáng)坐標(biāo)系不隨地球轉(zhuǎn)動(dòng)，近似看作地坐標(biāo)系2陀螺景象 高速旋轉(zhuǎn)的物體，其軸線動(dòng)量矩堅(jiān)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(duì)于慣性空間自在陀螺儀飛機(jī)從東到西，陀螺的轉(zhuǎn)子軸方向不變，轉(zhuǎn)子軸由萬(wàn)向支架與飛機(jī)隔開(kāi)，不隨飛機(jī)姿態(tài)改動(dòng)定位陀螺儀 陀螺轉(zhuǎn)子H軸線被控制或修正跟蹤地垂線,用來(lái)丈量飛機(jī)的角度、角速度運(yùn)動(dòng)2.2 陀螺的進(jìn)動(dòng)性外環(huán)垂直于地面，內(nèi)環(huán)ox,oz軸平行于地面在ox軸上吊一個(gè)重物G，產(chǎn)生力矩：Mx=G*r，沿ox 方向1轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)時(shí)，H=0,產(chǎn)生沿ox軸的角加速度，普通慣性物體

3、在空間的運(yùn)動(dòng)2當(dāng)轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，H大，在Mx的作用下產(chǎn)生外框繞oy軸轉(zhuǎn)動(dòng)y進(jìn)動(dòng)， 由H到x，符合右手定那么MxMG 2.2 陀螺的進(jìn)動(dòng)性(續(xù))力矩平衡方程：當(dāng)H=0時(shí)為普通慣性方程進(jìn)動(dòng)方向：由Hx 方向，右手定那么進(jìn)動(dòng)角速度： y =Mx/H2.3 陀螺力矩 轉(zhuǎn)子動(dòng)量矩H很大時(shí)，進(jìn)動(dòng)產(chǎn)生y ，轉(zhuǎn)子軸不順Mx方向轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)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(yùn)動(dòng)方程 OXYZ基座坐標(biāo)系 OXYZ 固連于外環(huán)坐標(biāo)系，外環(huán)繞OY軸轉(zhuǎn)，產(chǎn)生角和OXYZ 固連于內(nèi)環(huán)坐標(biāo)系，內(nèi)環(huán)繞OX軸轉(zhuǎn)，產(chǎn)生角和, 歐拉角角動(dòng)量HOZ

4、方向,隨內(nèi)框偏轉(zhuǎn)IxZZX, XZYY在OXY平面求雙自在度陀螺的運(yùn)動(dòng)方程0Y軸力矩 My外力矩，在My作用下產(chǎn)生0X軸力矩 Mx外力矩，在Mx作用下產(chǎn)生同時(shí)產(chǎn)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(dòng)態(tài)方程 經(jīng)積分、經(jīng)過(guò)電丈量安裝電位計(jì)、碼盤等輸出與，成比例的電信號(hào)My,Mx修正力矩，保證H的程度和垂直動(dòng)態(tài)過(guò)程 簡(jiǎn)化的動(dòng)態(tài)過(guò)程，僅思索了靜態(tài)關(guān)系 思索動(dòng)態(tài)過(guò)程章動(dòng)，好的陀螺儀該當(dāng)減少章動(dòng) 2.5雙自在度陀螺丈量飛機(jī)姿態(tài)角地平儀垂直陀螺OXoYoZo地軸系OXbYbZb機(jī)體軸系可以繞俯仰和滾轉(zhuǎn) 框轉(zhuǎn)動(dòng)，陀螺轉(zhuǎn)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(jī)產(chǎn)生俯仰角，體軸繞OY轉(zhuǎn)，H，產(chǎn)生框架滾轉(zhuǎn)，輸出與成正比的角度信號(hào)2飛機(jī)產(chǎn)生滾轉(zhuǎn)角，體軸oz轉(zhuǎn) ，H，產(chǎn)生框架俯仰偏轉(zhuǎn)，輸出與成正比的角度信號(hào)H雙自在度陀螺儀液體開(kāi)關(guān) 一個(gè)液體單擺，一直向下給出基準(zhǔn)，堅(jiān)持H的方向穩(wěn)定在地垂線上兩軸力矩馬達(dá) 與液體開(kāi)關(guān)協(xié)作，產(chǎn)生修正力矩，防止H改動(dòng)方向3.單自在度陀螺3.1根本原理OZ轉(zhuǎn)子軸， H的方向OX內(nèi)環(huán)軸，與彈簧和阻尼器銜接，產(chǎn)生彈簧力矩；與電位計(jì)銜接，輸出與轉(zhuǎn)角成比例的電信號(hào)當(dāng)基座有繞OY軸轉(zhuǎn)動(dòng)的y，陀螺進(jìn)動(dòng)產(chǎn)生沿OX的轉(zhuǎn)動(dòng)角，單自在度陀螺輸出與y成比例的信號(hào)3.2 單自在度陀螺的動(dòng)態(tài)方程O(píng)XYZ基座坐

6、標(biāo)系OXYcZc內(nèi)環(huán)坐標(biāo)系基座繞OY轉(zhuǎn)y，陀螺沿OX進(jìn)動(dòng)，內(nèi)環(huán)同時(shí)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(dòng)態(tài)方程續(xù)設(shè)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(nèi)環(huán)轉(zhuǎn)角與y成正比經(jīng)過(guò)電位計(jì)輸出與r成正比的電壓信號(hào)：3.3 在飛機(jī)上的安裝位置俯仰速率：H方向oz2，內(nèi)環(huán)ox2，由H ox2可丈量q偏航速率：H方向oz1，內(nèi)環(huán)ox1，由H ox1可丈量r滾轉(zhuǎn)速率： H方向oz3，內(nèi)環(huán)ox3，由H ox3可丈量p捷聯(lián)式直角兩軸光電探測(cè)平臺(tái)虛擬樣機(jī) 三個(gè)速率陀螺分別安裝在不同的方向上丈量導(dǎo)彈彈體三軸速率擾動(dòng)，完

7、成反響控制4.陀螺儀的開(kāi)展種類很多，大小不等 機(jī)械式，壓電式，石英式，。 液浮陀螺內(nèi)環(huán)浮在液體中，減少摩擦 撓性陀螺撓性接頭，無(wú)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(tái)： 不隨飛機(jī)姿態(tài)改動(dòng)，導(dǎo)航系統(tǒng)目的：精度，漂移最新型角速率陀螺 MEMS技術(shù) 小型化 高精度 高價(jià)錢5.加速度傳感器丈量飛機(jī)重心的線加速度質(zhì)量塊遭到力的作用產(chǎn)生加速度，位移x=z-xi經(jīng)過(guò)彈簧平衡,阻尼器kg經(jīng)過(guò)電位計(jì)輸出安裝在飛機(jī)質(zhì)心位置，可丈量飛機(jī)的法向、側(cè)向加速度穩(wěn)態(tài)輸出信號(hào)：u=Kax K=-Kvm/k, Kv-電位計(jì)傳送系數(shù)， k彈簧系數(shù)可近似替代迎角、側(cè)滑角傳感器丈量迎角6.迎角側(cè)滑角傳感器 風(fēng)標(biāo)式1安在機(jī)頭處，氣流使葉片偏移，帶動(dòng)指針挪動(dòng)，電位計(jì)輸出：u=k2安在xoz平面內(nèi)，丈量側(cè)滑角3精度較低，噪聲大 壓差管式，零壓差式：精度高于風(fēng)標(biāo)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(duì)應(yīng)于氣壓高度差，電位計(jì)輸出u=kH, 高度差傳感器：更復(fù)雜，u=kH二.執(zhí)行機(jī)構(gòu)舵機(jī)1電動(dòng)舵機(jī)：全電飛機(jī)，無(wú)人機(jī)2液壓舵機(jī)：力矩大，大型飛機(jī)3電液復(fù)合舵機(jī)：控制電路液壓助力器4余度舵機(jī)：電磁余度，機(jī)械無(wú)余度電動(dòng)舵機(jī)為例 力矩電機(jī)，電磁回路，機(jī)械回路 負(fù)載：鉸鏈力矩，是M數(shù)，迎角、舵面偏轉(zhuǎn)角的函數(shù)助力器作動(dòng)器： 液壓式，添加力力矩，可近似為12.1電動(dòng)舵機(jī)原理方塊圖力矩電