传感器与执行机构

传感器与执行机构第一页，编辑于星期六：十一点四十七分。1.陀螺仪测量飞机的姿态角:俯仰、滚转、偏航角测量飞机的三轴角速率单自由度陀螺仪oz轴为高速旋转的转子固定在内环上内环固定在基座上，绕ox轴转动第二页，编辑于星期六：十一点四十七分。双自由度陀螺仪oz轴为高速旋转的转子，固定在内环上内环固定在外环上，绕ox轴转动外环固定在基座上，绕oy轴转动也叫三自由度陀螺内环是一个万向支架，将转子与基座隔开第三页，编辑于星期六：十一点四十七分。2.双自由度陀螺工作原理

转子高速运转，21500－24000转／分2.1定轴性：1）惯性空间

静止不动的坐标系，太阳坐标系不随地球转动，近似看作地坐标系2）陀螺现象

高速旋转的物体，其轴线（动量矩）保持空间的方向不变，该空间为惯性空间3)陀螺的定轴和漂移都是相对于惯性空间第四页，编辑于星期六：十一点四十七分。自由陀螺仪飞机从东到西，陀螺的转子轴方向不变，转子轴由万向支架与飞机隔开，不随飞机姿态改变定位陀螺仪陀螺转子H轴线被控制或修正跟踪地垂线,用来测量飞机的角度、角速度运动第五页，编辑于星期六：十一点四十七分。2.2陀螺的进动性外环垂直于地面，内环ox,oz轴平行于地面在ox轴上吊一个重物G，产生力矩：Mx=G*r，沿ox方向1）转子不转时，H=0,产生沿ox轴的角加速度，普通惯性物体在空间的运动2）当转子高速旋转时，H大，在Mx的作用下产生外框绕oy轴转动y~进动，由H到x，符合右手定则MxMG第六页，编辑于星期六：十一点四十七分。2.2陀螺的进动性(续)力矩平衡方程：当H=0时为普通惯性方程进动方向：由Hx

方向，右手定则进动角速度：y

=Mx/H2.3陀螺力矩转子动量矩H很大时，进动产生y

，转子轴不顺Mx方向转动，产生了陀螺力矩：

MxG＝Mx=Hy

~惯性力矩陀螺力矩与外力矩Mx方向相反，大小相等，起到平衡外力矩的作用第七页，编辑于星期六：十一点四十七分。2.4双自由度陀螺的运动方程

OXYZ－基座坐标系OXYZ－固连于外环坐标系，外环绕OY轴转，产生角和OXYZ－固连于内环坐标系，内环绕OX轴转，产生角和,－欧拉角角动量H－OZ方向,随内框偏转IxZZX,XZYY第八页，编辑于星期六：十一点四十七分。在OXY平面求双自由度陀螺的运动方程0Y轴力矩My－外力矩，在My作用下产生0X轴力矩Mx－外力矩，在Mx作用下产生同时产生惯性力矩：角加速度陀螺力矩：由摩擦阻尼力矩：两轴力矩方程：四阶，耦合，线性方程输出，H向外第九页，编辑于星期六：十一点四十七分。双自由度陀螺平衡方程动态方程经积分、通过电测量装置（电位计、码盘等）输出与，成比例的电信号My,Mx－修正力矩，保证H的水平和垂直动态过程简化的动态过程，仅考虑了静态关系考虑动态过程－章动，好的陀螺仪应当减少章动第十页，编辑于星期六：十一点四十七分。2.5双自由度陀螺测量飞机姿态角地平仪（垂直陀螺）OXoYoZo－地轴系OXbYbZb－机体轴系可以绕俯仰和滚转框转动，陀螺转子H方向与OZo同方向，控制修正力矩，使H垂直于地垂线1）飞机产生俯仰角，体轴绕OY转，H，产生框架滚转，输出与成正比的角度信号2）飞机产生滚转角，体轴oz转

，H，产生框架俯仰偏转，输出与成正比的角度信号H第十一页，编辑于星期六：十一点四十七分。双自由度陀螺仪液体开关一个液体单摆，始终向下给出基准，保持H的方向稳定在地垂线上两轴力矩马达与液体开关合作，产生修正力矩，防止H改变方向第十二页，编辑于星期六：十一点四十七分。3.单自由度陀螺3.1基本原理OZ－转子轴，H的方向OX－内环轴，与弹簧和阻尼器连接，产生弹簧力矩；与电位计连接，输出与转角成比例的电信号当基座有绕OY轴转动的y，陀螺进动产生沿OX的转动角，单自由度陀螺输出与y成比例的信号第十三页，编辑于星期六：十一点四十七分。3.2单自由度陀螺的动态方程OXYZ－基座坐标系OXYcZc－内环坐标系基座绕OY转y，陀螺沿OX进动，内环同时OX轴上有弹簧力矩K，阻尼力矩摩擦力矩MTx，惯性力矩陀螺力矩分量和力矩平衡方程第十四页，编辑于星期六：十一点四十七分。3.2单自由度陀螺的动态方程（续）设沿ox方向力矩平衡方程：惯性力矩摩擦阻尼力矩弹簧力矩陀螺力矩

内环转角与y成正比通过电位计输出与r成正比的电压信号：第十五页，编辑于星期六：十一点四十七分。3.3在飞机上的安装位置俯仰速率：H方向oz2，内环ox2，由Hox2可测量q偏航速率：H方向oz1，内环ox1，由Hox1可测量r滚转速率：H方向oz3，内环ox3，由Hox3可测量p第十六页，编辑于星期六：十一点四十七分。捷联式直角两轴光电探测平台虚拟样机

三个速率陀螺分别安装在不同的方向上测量导弹弹体三轴速率扰动，完成反馈控制第十七页，编辑于星期六：十一点四十七分。4.陀螺仪的发展种类很多，大小不等

机械式，压电式，石英式，。。。液浮陀螺－内环浮在液体中，减少摩擦挠性陀螺－挠性接头，无摩擦的弹性支撑激光陀螺－小型化光纤陀螺－微型化陀螺稳定平台：

不随飞机姿态改变，导航系统指标：精度，漂移第十八页，编辑于星期六：十一点四十七分。最新型角速率陀螺MEMS技术小型化高精度高价格第十九页，编辑于星期六：十一点四十七分。5.加速度传感器测量飞机重心的线加速度质量块受到力的作用产生加速度，位移x=z-xi通过弹簧平衡,阻尼器kg通过电位计输出安装在飞机质心位置，可测量飞机的法向、侧向加速度稳态输出信号：u=KaxK=-Kvm/k,Kv-电位计传递系数，k－弹簧系数可近似代替迎角、侧滑角传感器测量迎角第二十页，编辑于星期六：十一点四十七分。6.迎角（侧滑角）传感器

风标式1）安在机头处，气流使叶片偏移，带动指针移动，电位计输出：u=k2）安在xoz平面内，测量侧滑角3）精度较低，噪声大

压差管式，零压差式：精度高于风标式第二十一页，编辑于星期六：十一点四十七分。7.高度传感器静压高度表：

真空膜盒感受大气静压p，p膜盒膨胀（L），膜盒位移对应于气压高度差，电位计输出u=kH,高度差传感器：更复杂，u=kH第二十二页，编辑于星期六：十一点四十七分。二.执行机构舵机1）电动舵机：全电飞机，无人机2）液压舵机：力矩大，大型飞机3）电液复合舵机：控制电路＋液压助力器4）余度舵机：电磁余度，机械无余度电动舵机为例力矩电机，电磁回路，机械回路负载：铰链力矩，是M数，迎角、舵面偏转角的函数助力器（作动器）：液压式，增加力／力矩，可近似为1第二十三页，编辑于星期六：十一点四十七分。2.1电动舵机原理方块图力矩电机+控制回路角速度反馈k,可以是测速机，调节速度回路角度（位置）反馈k,电位计、码盘，调节位置第二十