傳感器與執(zhí)行機(jī)構(gòu)

傳感器與執(zhí)行機(jī)構(gòu)第一頁，編輯于星期六：十一點(diǎn)四十七分。1.陀螺儀測量飛機(jī)的姿態(tài)角:俯仰、滾轉(zhuǎn)、偏航角測量飛機(jī)的三軸角速率單自由度陀螺儀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)第二頁，編輯于星期六：十一點(diǎn)四十七分。雙自由度陀螺儀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)也叫三自由度陀螺內(nèi)環(huán)是一個(gè)萬向支架，將轉(zhuǎn)子與基座隔開第三頁，編輯于星期六：十一點(diǎn)四十七分。2.雙自由度陀螺工作原理

轉(zhuǎn)子高速運(yùn)轉(zhuǎn)，21500－24000轉(zhuǎn)／分2.1定軸性：1）慣性空間

靜止不動(dòng)的坐標(biāo)系，太陽坐標(biāo)系不隨地球轉(zhuǎn)動(dòng)，近似看作地坐標(biāo)系2）陀螺現(xiàn)象

高速旋轉(zhuǎn)的物體，其軸線（動(dòng)量矩）保持空間的方向不變，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第四頁，編輯于星期六：十一點(diǎn)四十七分。自由陀螺儀飛機(jī)從東到西，陀螺的轉(zhuǎn)子軸方向不變，轉(zhuǎn)子軸由萬向支架與飛機(jī)隔開，不隨飛機(jī)姿態(tài)改變定位陀螺儀陀螺轉(zhuǎn)子H軸線被控制或修正跟蹤地垂線,用來測量飛機(jī)的角度、角速度運(yùn)動(dòng)第五頁，編輯于星期六：十一點(diǎn)四十七分。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，符合右手定則MxMG第六頁，編輯于星期六：十一點(diǎn)四十七分。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，右手定則進(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：

MxG＝Mx=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第七頁，編輯于星期六：十一點(diǎn)四十七分。2.4雙自由度陀螺的運(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H－OZ方向,隨內(nèi)框偏轉(zhuǎn)IxZZX,XZYY第八頁，編輯于星期六：十一點(diǎn)四十七分。在OXY平面求雙自由度陀螺的運(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向外第九頁，編輯于星期六：十一點(diǎn)四十七分。雙自由度陀螺平衡方程動(dòng)態(tài)方程經(jīng)積分、通過電測量裝置（電位計(jì)、碼盤等）輸出與，成比例的電信號My,Mx－修正力矩，保證H的水平和垂直動(dòng)態(tài)過程簡化的動(dòng)態(tài)過程，僅考慮了靜態(tài)關(guān)系考慮動(dòng)態(tài)過程－章動(dòng)，好的陀螺儀應(yīng)當(dāng)減少章動(dòng)第十頁，編輯于星期六：十一點(diǎn)四十七分。2.5雙自由度陀螺測量飛機(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H第十一頁，編輯于星期六：十一點(diǎn)四十七分。雙自由度陀螺儀液體開關(guān)一個(gè)液體單擺，始終向下給出基準(zhǔn)，保持H的方向穩(wěn)定在地垂線上兩軸力矩馬達(dá)與液體開關(guān)合作，產(chǎn)生修正力矩，防止H改變方向第十二頁，編輯于星期六：十一點(diǎn)四十七分。3.單自由度陀螺3.1基本原理OZ－轉(zhuǎn)子軸，H的方向OX－內(nèi)環(huán)軸，與彈簧和阻尼器連接，產(chǎn)生彈簧力矩；與電位計(jì)連接，輸出與轉(zhuǎn)角成比例的電信號當(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，單自由度陀螺輸出與y成比例的信號第十三頁，編輯于星期六：十一點(diǎn)四十七分。3.2單自由度陀螺的動(dòng)態(tài)方程OXYZ－基座坐標(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第十四頁，編輯于星期六：十一點(diǎn)四十七分。3.2單自由度陀螺的動(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成正比通過電位計(jì)輸出與r成正比的電壓信號：第十五頁，編輯于星期六：十一點(diǎn)四十七分。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Hox2可測量q偏航速率：H方向oz1，內(nèi)環(huán)ox1，由Hox1可測量r滾轉(zhuǎn)速率：H方向oz3，內(nèi)環(huán)ox3，由Hox3可測量p第十六頁，編輯于星期六：十一點(diǎn)四十七分。捷聯(lián)式直角兩軸光電探測平臺虛擬樣機(jī)

三個(gè)速率陀螺分別安裝在不同的方向上測量導(dǎo)彈彈體三軸速率擾動(dòng)，完成反饋控制第十七頁，編輯于星期六：十一點(diǎn)四十七分。4.陀螺儀的發(fā)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(jī)姿態(tài)改變，導(dǎo)航系統(tǒng)指標(biāo)：精度，漂移第十八頁，編輯于星期六：十一點(diǎn)四十七分。最新型角速率陀螺MEMS技術(shù)小型化高精度高價(jià)格第十九頁，編輯于星期六：十一點(diǎn)四十七分。5.加速度傳感器測量飛機(jī)重心的線加速度質(zhì)量塊受到力的作用產(chǎn)生加速度，位移x=z-xi通過彈簧平衡,阻尼器kg通過電位計(jì)輸出安裝在飛機(jī)質(zhì)心位置，可測量飛機(jī)的法向、側(cè)向加速度穩(wěn)態(tài)輸出信號：u=KaxK=-Kvm/k,Kv-電位計(jì)傳遞系數(shù)，k－彈簧系數(shù)可近似代替迎角、側(cè)滑角傳感器測量迎角第二十頁，編輯于星期六：十一點(diǎn)四十七分。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)指針移動(dòng)，電位計(jì)輸出：u=k2）安在xoz平面內(nèi)，測量側(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)式第二十一頁，編輯于星期六：十一點(diǎn)四十七分。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(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第二十二頁，編輯于星期六：十一點(diǎn)四十七分。二.執(zhí)行機(jī)構(gòu)舵機(jī)1）電動(dòng)舵機(jī)：全電飛機(jī)，無人機(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，增加力／力矩，可近似為1第二十三頁，編輯于星期六：十一點(diǎn)四十七分。2.1電動(dòng)舵機(jī)原理方塊圖力矩電機(jī)+控制回路角速度反饋k,可以是測速機(jī)，調(diào)節(jié)速度回路角度（位置）反饋k,電位計(jì)、碼盤，調(diào)節(jié)位置第二十