摘要 本文介紹了Ds一02電動舵伺服系統的方案、組成、基本工作原理以及主要參數的設計。同時，對伺服系統空載線性區回路和空載非線性控制回路進行了計算和分析，尤其對主要影響伺服系統的速度飽和這一非線性元件，用準確的描述函數進行了研究。這種非線性控制回路的計算和分析可供自動控制專業的有關科技人員參考。主題詞舵伺服系統設計計算. l 概述 Ds一02電動舵伺服系統（以下簡稱舵系統）是由伺服放大器和電動伺服機構組成的中等功率快速跟蹤系統。它能對輸人信號和舵系統的位置反饋信號、速度反饋信號進行綜合、放大，并對綜合放大后的信號進行角度跟蹤和最大角度限幅，從而操縱飛行器舵面偏轉，達到穩定和控制飛行器飛行之目的。 舵系統的主要技術指標如下： a．最大控制電流為150±10mA： b．零位不大于12 ； c．最大工作角度為± （15。±1。）； d．傳動比為± （1。±4．5 ）／±500mV； e．線性區為± （1．25。±0．15。）： 動特性（在線性區內）應滿足：訶整時間不大于I2oms，超訶量不大于10％，振蕩次數不大于2： g．最大空載轉速不小于6O ，s： h．最大負載力矩不小于78．4N·m： i．可靠性R=0．9956： j．供電：直流2g．st～． V和± （15±0．1）V。 2 方案選擇 根據舵系統的技術指標可看出，控制功率小、輸出功率不大、快速性要求不高,故采用磁粉離合器作為舵系統的控制元件是很合適的。在舵系統的設計中，過去通常采用帶終端開關保護裝置的伺服系統 這種伺服系統的靜特性如圖1所示。圖I中，輸人信號u 必須在 范圍之內，即輸出轉角不能等于或大于最大轉角S。所以，該伺服系統只能在確保不超過S的條件下使用。否則t伺服系統工作不穩定，并使伺服機構受到損壞。 圖2所示為限幅式的伺服系統靜特性。這種伺服系統無需終端開關保護裝置。 由圖2可知，該伺服系統對輸入信號 的大小沒有限制，即輸出轉角 超過最大轉角S的情況下，伺服系統照樣正常工作，從而解決了大輸入信號時伺服系統工作不穩定的問題，并保護了伺服機構。 綜上所述，為滿足舵系統的技術指標要求，并保證所設計的舵系統更簡單、更經濟、工作更可靠，本舵系統采用限幅式的磁粉離合器型的電動伺服系統. 3 組成和基本工作原理 3．1 組成見圖3所示。 舵系統由混合放大電路、限幅器、功率放大器、磁粉離臺器、電動機、測速發電機、減速器、增速器和電位器等主要元部件組成。 3．2 基本工作原理 輸入信號和舵系統的位置反饋信號、速度反饋信號經混合放大電路綜合放大后驅動功率放大器工作。然后，由功率放大器給磁粉離合器輸送一定的控制電流。在這種控制電流的作用下，磁粉離臺器工作。同時，將電動機輸出的轉矩通過減速器傳遞到輸出軸。 當輸人信號為零時，控制電流為零，兩個磁粉離合器均不工作。此時，電動機輸出轉矩不可能傳遞到輸出軸，輸出軸不發生偏轉。當輸人信號為正電壓時，控制電流只輸 出給其中一個磁粉離合器．該磁粉離合器工作，將電動機輸出的轉矩傳遞到輸出軸．致使輸出軸向某一個方向偏轉：反之，當輸入信號為負電壓時，則另一個磁粉離合器工作。致使輸出軸向另一個方向偏轉。為穩定舵系統輸出轉角．并使輸出轉角與輸入信號成正比．采用電位器進行位置反績。為使舵系統工作穩定和改善舵系統的動態品質，采用測速發電機進行速度反饋。 4 舵系統參數的設計 4．1 舵系統方塊圖 如圖4所示。 此方塊圖中忽略了次要的磁滯、齒輪間隙和其它很小的時間常數等因素的影響 4．2 舵系統參數的計算與選擇 4,2．1 K I根據傳動比為l。 ／500mV，以及輸出轉角限位值為±l 5。，可得KI=1.15 4．2 2 K 2， [align=center] 圖4 DS-02電動舵伺服系統方塊圖[/align]輸入信號S時，對應輸出轉角為,它們之間的靜態關系為 再按傳動比1 1500mV的要求．可求得K 2= 0．77 4．2．3 K3根據動特性的要求，可以選擇合適的K3,今取K3=0.09即可滿足要求。 5 舵系統空載線性區回路穩定性的計算和分析 將圖4簡化為圖5所示形式，并將各已知參數代人方塊圖。 根據圖5可求得閉環傳遞函數為 由（1）式可知，系統在小范圍內為三階線性系統。其閉環特征方程為 由饒斯判據知：此系統是穩定的。因為特征方程的系數為同號．所以特征方程的全部根均在復數平面的左半平面內。 6 舵系統空載線性區回路動特性的計算和分析 設舵系統在零初始條件時，在單位階躍信號”k =10）作用下，舵系統過渡過程為T。k=1（t）經拉普拉斯變換為 由（6）式可以看出式中的第三項振蕩幅度很小，它對S的影響可以忽略不計.對S（t）起作用的主要是式中的第二項，其衰減系數為44．71，衰減時間常數為22．37ms，此項在67．1lms時，可衰減掉96％。因此，系統過渡過程的振蕩是非常小的。 7 舵系統空載非線性區回路穩定性的計算和分析 存在于舵系統回路的非線性因素中，伺服放大器的限幅特性對系統的影響可以忽 略，而主要影響系統的是速度飽和特性。為此，可將圖5變成圖6形式 考慮速度飽和特性（含積分坪節）的等效傳遞函數，并為便于用描述函數法來分析，將圖6變為圖7的形式 由圖7可以求得系統線性部分的開環傳遞函數為 8 結論 舵系統的參數按技術要求進行設計系統的速度反饋系數變化范圍大t從而為伺服系統動特性提供了較大的活動范圍。另外，本文著重對空載線性區回路和空載非線性控制回路進行了計算和分析，實踐證明所設計的舵系統是穩定的滿足技術指標要求。 參考文獻 [1]謝子良，陳錚甫《HT-880314～DD-02C電動伺服系統及其控制線路的設計》1988年8月出版 [2]陳錚甫《記憶型線性元件輸出飽和時的非線性特性》1982年8043會議交流資料 點擊此處下載原文