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舵机与舵回路 本部分讲授内容 舵机的工作原理与设计实例 舵机的特性分析 舵回路的基本类型与特点 舵机与飞机操纵系统的联接方式 本节讲授内容 舵面的负载 电动舵机特性分析 液压舵机特性分析 铰链力矩对舵机特性的影响 引言 舵回路（伺服系统）是飞行自动控制系统中不可缺少的组成部分，它按照指令模型装置或敏感元件输出的电信号操纵舵面，实现飞机角运动或航迹运动的自动稳定与控制。舵回路是由若干部件组成的随动系统，其中舵机是—执行元件。 组成：放大器、舵机、反馈元件（作用是改善舵回路特性） 舵回路负载：舵面的惯量，和作用在舵面上的气动力矩（铰链力矩）。 引言 舵机作用： 舵机是舵回路中的执行元件，输出力矩（或力）和角速度（或线速度），驱动舵面偏转。 舵机类型： 飞行控制系统中的舵机有三大类： 电动舵机、液压舵机、气动舵机 电动舵机 组成：一般电动舵机包括①电动机（直流或交流的），②测速装置，③位置传感器，④齿轮传动装置和⑤保安装置。 优点： ①能源是电力，通常与飞控系统用同一能源，传输、控制等方便。 ②加工制造、装配维修方便。 缺点： ①在输出相同功率时，体积和重量较大（与液压舵机相比），∵有减速齿轮。 ②快速性差些。输出功率不大，而且重量大，惯性大，∴快速性差。 液压舵机 目前纯液压舵机使用不多，主要用电液舵机。 组成： 由电液伺服阀（力矩马达和液压放大器），作动筒和位移传感器组成。 优点： 体积小、重量轻、功率增益大，输出功率与转动惯量的比值大，所以快速性好，控制功率小，灵敏度高。 缺点 ： 加工、装配较困难，生产成本较高，要另加能源——油源。 舵机推动舵面运动时，除了要克服运动部分的惯性力矩和摩擦力矩外，还要克服舵面铰链力矩。铰链力矩是由空气动力作用在舵面上而造成的对舵面铰链轴的力矩。 舵机在运动过程中所承受的负载: 铰链力矩-是舵机最主要的负载,是作用在舵面上的气动力相对于舵面铰链轴的力矩Mj。 铰链力矩的大小取决于舵面的类型与几何形状、马赫数、迎角或侧滑角以及舵面的偏转，以舵面偏转所产生的铰链力矩为主。 铰链力矩 与舵面几何形状、类型，飞行的 或 及舵偏角 有关，其中以舵偏角为主。铰链力矩表达式为 ： 显然，铰链力矩的大小、符号随飞行状态而变 的大小、符号随飞行状态变化情况 的大小：动压Q越大，铰链力矩也越大。 的符号：取决于舵面转轴 相对于舵面气动力（ ）压力中心位置。 转轴位于压力中心前， 转轴位于压力中心后， 反操纵 铰链力矩的大小和方向随飞机状态而变化，对舵机的工作有很大的影响。 二、舵机的工作特性 1、舵机工作是非对称的。原因有两个： 飞机稳定飞行时，舵面就不在中间位置，而是有一个舵偏度，这就使一开始 有初始值作用到舵机上。 舵机工作过程中，负载力矩不对称。例如舵机使舵面偏角加大时（出舵时）铰链力矩起阻止加大的作用；而在收舵时，又起加速舵面回收的作用。 二、舵机的工作特性 例：间接控制电动舵机 二、舵机的工作特性 电动机的机械特性(包括磁粉离合器的机械特性在内)可由一族非线性曲线来表征.工程实践中往往采用线性化处理,即:研究其在某一平衡状态附近的增量运动,其斜率B等于: 二、舵机的工作特性 电动机的力矩特性（包括磁粉离合器的力矩特性）近似为线性力矩特性，其斜率A等于： （用磁粉离合器控制的间接式）电动舵机的动特性 假设： 鼓轮到舵面传动机构的速比为i； 磁粉离合器、齿轮传动机构、舵面及它的传动机构和电动机转子折算到到鼓轮（包括鼓轮）的总转动惯量为J； 磁粉离合器传递到鼓轮上的力矩为M； 磁粉离合器控制绕组的输入电压为U，电流为I，电感量为L，电阻为R； 鼓轮角速度和转角分别为?和?k； 舵偏角为?。 忽略摩擦力矩的影响。 下图是根据前述运动方程列出的电动舵机机构图： 磁粉离合器机械特性曲线的斜率B?0，得出空载时（?Mj=0）电动舵机的传递函数： 式中：TM=L/R为电动舵机的电气时间常数； KM=A/JR为电动舵机的静态增益，一般来说，时间常数TM值较小，近似分析中可忽略，因而电动舵机的传递函数可近似写为： 2.液压舵机的动特性 液压舵机的动特性（续） 液压舵机结构图 电动舵机与液压舵机动特性总结 空载时用磁粉离合器控制的电动舵机动特性： 两个积分环节与一个惯性环节的串联。 有载时的动特性： 一个二阶无阻尼的震荡环节与一个惯