接近開(kāi)關(guān)EFS2000-11114接近開(kāi)關(guān)EFS2000-11114
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自動(dòng)駕駛儀(autopilot),是按技術(shù)要求自動(dòng)控制飛行器軌跡的調(diào)節(jié)設(shè)備,其作用主要是保持飛機(jī)姿態(tài)和輔助駕駛員操縱飛機(jī)。對(duì)無(wú)人駕駛飛機(jī),它將與其他導(dǎo)航設(shè)備配合完成規(guī)定的飛行任務(wù)。導(dǎo)上的自動(dòng)駕駛儀起穩(wěn)定彈姿態(tài)的作用,故稱(chēng)彈姿態(tài)控制系統(tǒng)。自動(dòng)駕駛儀是模仿駕駛員的動(dòng)作駕駛飛機(jī)的。它由敏感元件、計(jì)算機(jī)和伺服機(jī)構(gòu)組成。當(dāng)飛機(jī)偏離原有姿態(tài)時(shí),敏感元件檢測(cè)變化,計(jì)算機(jī)算出修正舵偏量,伺服機(jī)構(gòu)將舵面操縱到所需位置。
相關(guān)背景
自動(dòng)駕駛儀是按一定技術(shù)要求自動(dòng)控制飛行器的裝置。在有人駕駛飛機(jī)上使用,是為
自動(dòng)駕駛儀
了減輕駕駛員的負(fù)擔(dān),使飛機(jī)自動(dòng)地按一定姿態(tài)、航向、高度和馬赫數(shù)飛行。在導(dǎo)上,起穩(wěn)定彈姿態(tài)的作用,故稱(chēng)導(dǎo)姿態(tài)控制系統(tǒng)。它與導(dǎo)上或地面的導(dǎo)引裝置交聯(lián)組成制導(dǎo)和控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定和控制功能。
現(xiàn)代自動(dòng)駕駛儀的趨勢(shì)是向數(shù)字化和智能化方向發(fā)展。80年代以前,戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)由于工作時(shí)間短、工作環(huán)境條件惡劣(如很大的過(guò)載)等較少采用數(shù)字式自動(dòng)駕駛儀。微型計(jì)算機(jī)出現(xiàn)后,戰(zhàn)術(shù)開(kāi)始采用數(shù)字式自動(dòng)駕駛儀。近代空戰(zhàn)中,自動(dòng)駕駛儀能以佳方式操縱戰(zhàn)斗機(jī),例如以短的時(shí)間飛到有利的位置。在導(dǎo)攻擊目標(biāo)時(shí),自動(dòng)駕駛儀與制導(dǎo)系統(tǒng)配合使能識(shí)別敵友、分析敵情變化并作出優(yōu)決策。這就要求自動(dòng)駕駛儀具有智能的功能。
在現(xiàn)代軍事科學(xué)方面,自動(dòng)駕駛儀因可替代人駕駛飛機(jī)被應(yīng)用于無(wú)人機(jī)方面,包括無(wú)人定翼飛機(jī)和無(wú)人直升機(jī)等無(wú)人飛行器。使用MEMS慣性器件和定位系統(tǒng)相結(jié)合的GPS/INS組合導(dǎo)航系統(tǒng)、使用自適應(yīng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等高級(jí)控制算法以及體積小重量輕集成度高都已經(jīng)成為了現(xiàn)代自動(dòng)駕駛儀的標(biāo)志。
發(fā)展歷史
1914年,美國(guó)人斯派雷制成了電動(dòng)陀螺穩(wěn)定裝置,成為了自動(dòng)駕駛儀的雛形。20世紀(jì)30年代,為減輕駕駛員長(zhǎng)時(shí)間飛行的疲勞,開(kāi)始使用三軸穩(wěn)定的自動(dòng)駕駛儀,用于保持飛機(jī)平直飛行。
20世紀(jì)50年代,通過(guò)在自動(dòng)駕駛儀中引入角速率信號(hào)的方法制成阻尼器或增穩(wěn)系統(tǒng),改善了飛機(jī)的穩(wěn)定性,自動(dòng)駕駛儀發(fā)展成飛行自動(dòng)控制系統(tǒng)。50年代后期,又出現(xiàn)自適應(yīng)自動(dòng)駕駛儀,能隨飛行器特性的變化而改變自身的結(jié)構(gòu)和參數(shù)。
20世紀(jì)60年代末,數(shù)字式自動(dòng)駕駛儀在阿波羅飛船中得到應(yīng)用。自動(dòng)駕駛儀種類(lèi)很多,可按能源形式、使用對(duì)象、調(diào)節(jié)規(guī)律等分類(lèi)?,F(xiàn)代自動(dòng)駕駛儀的趨勢(shì)是向數(shù)字化和智能化方向發(fā)展。
現(xiàn)代自動(dòng)駕駛儀已廣泛應(yīng)用于飛機(jī),而且一般都是數(shù)字式自動(dòng)駕駛儀。機(jī)載計(jì)算機(jī)能夠確定佳飛行路線(xiàn),包括爬升和下降等,并對(duì)油門(mén)和各控制翼面發(fā)出指令。各種*的顯示屏幕取代了種類(lèi)繁多的儀表盤(pán),直觀地顯示出沿途檢驗(yàn)點(diǎn)和飛機(jī)航向等信息。
工作原理
自動(dòng)駕駛儀是用來(lái)穩(wěn)定與控制飛機(jī)角運(yùn)動(dòng)和重心運(yùn)動(dòng)的一種飛行自動(dòng)控制系統(tǒng)。其功用為 [1] :
1.按照駕駛員的意圖穩(wěn)定(或保持)飛機(jī)的飛行狀態(tài)。
如穩(wěn)定飛機(jī)的姿態(tài)角,保持飛機(jī)的飛行高度和飛行M數(shù)等。例如,駕駛員常常通過(guò)自動(dòng)駕駛儀來(lái)穩(wěn)定飛機(jī)的姿態(tài)角作巡航水平直線(xiàn)飛行。尤其遠(yuǎn)程民航機(jī)、運(yùn)輸機(jī)、轟炸機(jī)以及殲擊機(jī)轉(zhuǎn)場(chǎng)時(shí)很重要,以減輕駕駛員的負(fù)擔(dān)。
2.執(zhí)行來(lái)串自動(dòng)駕駛儀中操縱臺(tái)的各種指令信號(hào)。
由于自動(dòng)駕駛儀是并聯(lián)在飛機(jī)機(jī)械系統(tǒng)之中,所以當(dāng)自動(dòng)駕駛儀工作時(shí),駕駛員不能推動(dòng)駕駛桿,因它們與自動(dòng)駕駛儀聯(lián)動(dòng)。為此駕駛員必需通過(guò)自動(dòng)駕駛儀的操縱臺(tái)發(fā)出各種指令控制信號(hào),此信號(hào)與敏感元件輸出的信號(hào)極性相反以其差值加到舵回路從而操縱舵面偏轉(zhuǎn),使飛機(jī)按照各種指令信號(hào)運(yùn)動(dòng)。例如使飛機(jī)按給定的俯仰角爬高、下滑、改平;按選定的傾斜角轉(zhuǎn)彎;按選定的航跡飛行等。
3.自動(dòng)駕駛儀目前正朝綜合化多功能方向發(fā)展。
例如與地面無(wú)線(xiàn)電設(shè)備一起可組成自動(dòng)著陸系統(tǒng),來(lái)完成飛機(jī)的自動(dòng)著陸等任務(wù)。如波音-747等飛機(jī)上裝有自動(dòng)著陸系統(tǒng)。在轟炸機(jī)上還可同其它電子設(shè)備、軍械設(shè)備一起構(gòu)成自動(dòng)瞄準(zhǔn)投彈系統(tǒng)。如F-105D戰(zhàn)斗轟炸機(jī)可利用自動(dòng)駕駛儀操縱飛機(jī)進(jìn)入目標(biāo),機(jī)動(dòng)飛行投彈,脫離戰(zhàn)斗,返航和著陸。在戰(zhàn)斗機(jī)上還可與機(jī)載雷達(dá)等設(shè)備構(gòu)成火力控制系統(tǒng),當(dāng)機(jī)載雷達(dá)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)后,就進(jìn)入自動(dòng)跟蹤目標(biāo),并實(shí)施攻擊。它還可以同地形跟蹤雷達(dá)一起構(gòu)成自動(dòng)地形跟蹤系統(tǒng),這種系繞可使飛機(jī)貼著地形高速低空入侵,由于有地形的遮蔽,不易為雷達(dá)所發(fā)現(xiàn)。如F-111飛機(jī)上就裝有自動(dòng)地形跟蹤系統(tǒng);可離地60米飛行。因此自動(dòng)駕駛儀不僅可用于民航機(jī)、運(yùn)輸機(jī)、轟炸機(jī);而且還可用于殲擊機(jī)、直升機(jī)和無(wú)人飛機(jī)等。
自動(dòng)駕駛儀是通過(guò)飛機(jī)的升降舵副翼和方向舵三個(gè)主要操縱面來(lái)穩(wěn)定和控制飛機(jī)的。因而自動(dòng)駕駛儀也有與其對(duì)應(yīng)的俯仰、橫滾和航向三個(gè)通道。通道之內(nèi)有相互交聯(lián)的信號(hào)(特別是橫滾和航向通道之內(nèi))。
下面我們僅以俯仰通道為例來(lái)說(shuō)明自動(dòng)駕駛儀的工作原理。
1.自動(dòng)駕駛儀穩(wěn)定飛機(jī)俯仰角的過(guò)程:
a.飛機(jī)處于平飛狀態(tài)飛機(jī)平飛時(shí),俯仰電位計(jì)的電刷B在其中點(diǎn),而給定電位計(jì)的電刷A也在中點(diǎn),兩者電位相等,偏差信號(hào)為零升降舵不動(dòng)處于中立位置。
b.飛機(jī)偏離平飛狀態(tài),產(chǎn)生俯仰角偏差信號(hào)當(dāng)飛機(jī)受到擾動(dòng)后,若飛機(jī)機(jī)頭上仰角,這時(shí)俯仰電位計(jì)與電刷A一道跟著飛機(jī)上仰(因電位計(jì)串聯(lián)在飛機(jī)上),而電刷B則被垂直陀螺儀穩(wěn)定不動(dòng)。因此電刷A和B的電位不等,產(chǎn)生偏差信號(hào),其大小與俯仰角的偏差成比例。
c舵面動(dòng)作,飛機(jī)逐漸恢復(fù)偏差信號(hào)放大器放大后,送至舵機(jī),舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng),一方面經(jīng)鋼索帶動(dòng)舵面向下偏轉(zhuǎn);另一方面又帶著返饋電位計(jì)的電刷C轉(zhuǎn)動(dòng),直至返饋信號(hào)*低消偏差信號(hào)為止。這時(shí)舵機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng),從而產(chǎn)生一低頭為矩Mz,在該力矩的作用下使得飛機(jī)和俯仰電位計(jì)逐漸向平飛位置恢復(fù)。
d.舵面逐漸回收,飛機(jī)又恢復(fù)到平飛位置由于飛機(jī)和俯仰電位計(jì)逐漸向平飛位置恢復(fù),而電刷B仍被穩(wěn)定不動(dòng)則電刷A和B之間的偏差信號(hào)逐漸減小,當(dāng)返饋信號(hào)大于偏差信號(hào)時(shí),輸入到放大器的誤差信號(hào)反相(即極性相反),從而使得舵面逐漸回收,電刷C又逐漸回到中點(diǎn),后舵面又恢復(fù)到平飛時(shí)的中立位置,飛機(jī)又處于平飛狀態(tài)。
2.通過(guò)自動(dòng)駕駛儀操縱飛機(jī)的爬高的過(guò)程
a.駕駛員給出爬高指令當(dāng)操縱飛機(jī)從平飛狀態(tài)改為爬高狀態(tài)時(shí),駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)上的操縱旋鈕,使給定電刷轉(zhuǎn)動(dòng),這時(shí)電刷A和B之間所給出信號(hào)即給定俯仰信號(hào)。
b.舵面動(dòng)作產(chǎn)生抬頭的操縱力矩在給定信號(hào)的作用下,舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng),一方面經(jīng)鋼索帶動(dòng)舵面向上偏轉(zhuǎn);另一方面又帶動(dòng)返饋電位計(jì)的電刷C轉(zhuǎn)動(dòng),直至返饋信號(hào)*抵消給定信為止。舵面上偏產(chǎn)生上仰操縱力矩。
c.飛機(jī)逐漸向給定姿態(tài)過(guò)渡在上仰操縱力矩的作用下,飛機(jī)逐漸上仰,俯仰電位計(jì)及給定電刷A也隨飛機(jī)一起上仰,而電刷B仍被穩(wěn)定不動(dòng)。這樣電刷A和B之間的偏差信號(hào)愈來(lái)愈小,于是返饋信號(hào)大于偏差信號(hào),輸入到放大器的信號(hào)反相,使舵面逐漸回收,電刷C逐漸向是點(diǎn)移動(dòng)。
d.飛機(jī)操縱到爬高狀態(tài)隨著飛機(jī)上仰到給定的俯仰角時(shí),電刷A和B之間的偏差信號(hào)為零。返饋電位計(jì)的電刷C也回到中點(diǎn),舵面又處于中立位置,則飛機(jī)以給定的俯仰角爬高。
從上面自動(dòng)駕駛儀穩(wěn)定與控制飛機(jī)姿態(tài)角的過(guò)程看出:該過(guò)程就是自動(dòng)駕駛儀和飛機(jī)兩者相互作用的過(guò)程。一方面由自動(dòng)駕駛儀根據(jù)姿態(tài)角偏差的大小和方向去驅(qū)動(dòng)舵面,產(chǎn)生操縱力矩,對(duì)飛機(jī)產(chǎn)生控制作用;另一方面,飛機(jī)實(shí)際姿態(tài)角的變化,又反作用于自動(dòng)駕駛儀,使其實(shí)際的姿態(tài)角與給定的姿態(tài)角之間的偏差信號(hào)減小,從而減弱對(duì)飛機(jī)的控制作用。這就是飛機(jī)對(duì)自動(dòng)駕駛儀的反作用,或稱(chēng)負(fù)返饋?zhàn)饔?。這樣自動(dòng)駕駛儀與飛機(jī)組成一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng),通常稱(chēng)飛機(jī)--自動(dòng)駕駛儀系統(tǒng)。
產(chǎn)品分類(lèi)
能源分類(lèi)
自動(dòng)駕駛儀分為氣壓式、液壓式、電氣式或者是這幾種形式的組合?,F(xiàn)代超音速飛機(jī)多安裝電氣(或電子)—液壓式自動(dòng)駕駛儀。氣壓式伺服機(jī)構(gòu)主要用于。
對(duì)象分類(lèi)
自動(dòng)駕駛儀分為飛機(jī)自動(dòng)駕駛儀和自動(dòng)駕駛儀。飛機(jī)自動(dòng)駕駛儀多具有檢測(cè)飛機(jī)姿態(tài)角的敏感元件,能穩(wěn)定飛機(jī)的姿態(tài)角。為了提高這種自動(dòng)駕駛儀的穩(wěn)定效果,可配合使用速率陀螺儀。戰(zhàn)術(shù)彈只需要穩(wěn)定角速度,其姿態(tài)角根據(jù)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)而改變,因此,在自動(dòng)駕駛儀中不設(shè)檢測(cè)角位置的敏感元件。巡航彈、戰(zhàn)略彈和運(yùn)載火箭需要穩(wěn)定姿態(tài)角,在這些飛行器的自動(dòng)駕駛儀中仍有檢測(cè)姿態(tài)角的敏感元件。
算法分類(lèi)
自動(dòng)駕駛儀的調(diào)節(jié)規(guī)律(即數(shù)學(xué)模型)表示伺服機(jī)構(gòu)的輸出量與被調(diào)參
自動(dòng)駕駛儀(飛機(jī)回路示意圖)
量之間的數(shù)關(guān)系。飛機(jī)自動(dòng)駕駛儀依調(diào)節(jié)規(guī)律的不同分為比例式自動(dòng)駕駛儀和積分式自動(dòng)駕駛儀。比例式自動(dòng)駕駛儀是以伺服機(jī)構(gòu)輸出的位置偏移量(如舵偏角)與被調(diào)參量(如姿態(tài)角)的偏差成比例的原理工作的。它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,應(yīng)用很廣,但在干擾作用下會(huì)產(chǎn)生靜態(tài)誤差。積分式自動(dòng)駕駛儀是以伺服機(jī)構(gòu)輸出的位置偏移量與被調(diào)參量偏差的積分成比例的原理工作的,它沒(méi)有靜態(tài)誤差,但系統(tǒng)的穩(wěn)定性差,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,應(yīng)用受到一定限制。
自動(dòng)駕駛儀按被調(diào)參量的性質(zhì)可分為位置式自動(dòng)駕駛儀、定向式自動(dòng)駕駛儀和加速度式自動(dòng)駕駛儀。位置式自動(dòng)駕駛儀的被調(diào)參量是飛行器的角位置(即姿態(tài)角),伺服機(jī)構(gòu)的輸出量與姿態(tài)角的偏差成比例。定向式自動(dòng)駕駛儀的被調(diào)參量是飛行器的姿態(tài)角速度,伺服機(jī)構(gòu)的輸出量與姿態(tài)角速度的偏差成比例。加速度式自動(dòng)駕駛儀的被調(diào)參量是飛行器的法向加速度,伺服機(jī)構(gòu)的輸出量與法向加速度的偏差成比例。