無人機(jī)的驅(qū)動系統(tǒng)的穩(wěn)定性研究

趙偉慶 王鑫 姜峰 郝舉紅 裴福玉

摘要：本文介紹了無人機(jī)的驅(qū)動系統(tǒng)的穩(wěn)定性研究。驅(qū)動裝置包括驅(qū)動元件和執(zhí)行機(jī)構(gòu)兩個基本部分，穩(wěn)定性是系統(tǒng)工作的必要條件，系統(tǒng)的阻尼情況、增益的大小、結(jié)構(gòu)、固有頻率、回程誤差以及一些環(huán)境因素都會影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：驅(qū)動系統(tǒng)；穩(wěn)定性；無人機(jī)；研究

無人機(jī)的驅(qū)動系統(tǒng)，是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)主要功能的重要環(huán)節(jié)。為了更好的達(dá)到系統(tǒng)目標(biāo)，把確定的輸入量指令在一定空間和時間下，完成所希望的轉(zhuǎn)化效應(yīng)，則要求驅(qū)動系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)具備一下主要性能指標(biāo)：精確性、穩(wěn)定性、響應(yīng)速度和可靠性。

1 無人機(jī)的驅(qū)動系統(tǒng)

驅(qū)動裝置分為驅(qū)動元件和執(zhí)行機(jī)構(gòu)。驅(qū)動元件包括各種直流、交流伺服電動機(jī)，進(jìn)步電動機(jī)，和電液、電氣、伺服閥等。它們的共同特點(diǎn)是都可以輸出一定的運(yùn)動和力，但工作特性差異很大，應(yīng)用范圍也不相同。一般對驅(qū)動元件有以下幾個點(diǎn)方面的要求。

（1）功率密度大，功率密度是指驅(qū)動元件單位重力W的輸出功率P；

（2）快速性好，即加減速的扭矩大，頻率特性好；

（3）振動小，噪聲小；

（4）可靠性高，壽命長；

（5）高效率，節(jié)約能源。

2 無人機(jī)的驅(qū)動系統(tǒng)的穩(wěn)定性

在無人機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)中系統(tǒng)中，執(zhí)行機(jī)構(gòu)一般處于系統(tǒng)回路只內(nèi)，其結(jié)構(gòu)、固有頻率和回程誤差將影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性，而傳動誤差的低頻分量（之頻率低于伺服帶寬的那部分傳動誤差）可得到矯正。對開環(huán)系統(tǒng)，無檢測裝置，不對位置進(jìn)行檢測和反饋，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的傳動誤差和回程誤差直接影響整個系統(tǒng)的精度，但不存在穩(wěn)定性問題。

系統(tǒng)的穩(wěn)定性還取決于系統(tǒng)的相對阻尼系數(shù)，它與執(zhí)行機(jī)構(gòu)的放大系數(shù)有關(guān)。

穩(wěn)定性與振動、熱效應(yīng)以及其他環(huán)境因素有關(guān)，要提高系統(tǒng)的抗振性，就必須增大執(zhí)行機(jī)構(gòu)的固有頻率，一般不低于50～100Hz。

3 無人機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)

隨著計算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展和廣泛應(yīng)用，無人機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)技術(shù)獲得前所未有的發(fā)展，成為一門綜合計算機(jī)與信息技術(shù)、自動控制技術(shù)、傳感檢測技術(shù)、伺服傳動技術(shù)和機(jī)械技術(shù)等交叉的系統(tǒng)技術(shù)，正向無人機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)技術(shù)、微無人機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)方向發(fā)展，應(yīng)用范圍愈來愈廣。

無人機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)是機(jī)械技術(shù)和電子技術(shù)的有機(jī)結(jié)合。無人機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)技術(shù)又稱為機(jī)械電子技術(shù)，是機(jī)械技術(shù)、電子技術(shù)和信息技術(shù)有機(jī)結(jié)合的產(chǎn)物。無人機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)技術(shù)是微電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、光學(xué)技術(shù)與機(jī)械技術(shù)的相互交叉與融合，是諸多高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和高新技術(shù)裝備的基礎(chǔ)。它包括產(chǎn)品和技術(shù)兩方面：光無人機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)產(chǎn)品是集光學(xué)、機(jī)械、微電子、自動控制和通信技術(shù)于一體的高科技產(chǎn)品，具有很高功能和附加值；光無人機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)技術(shù)是指其技術(shù)原理和使光無人機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)產(chǎn)品得以實(shí)現(xiàn)，使用和發(fā)展的技術(shù)。

無人機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)技術(shù)是由光學(xué)，光電子學(xué)，電子信息和機(jī)械制造及其他相關(guān)技術(shù)交叉與融合構(gòu)成的綜合性高新技術(shù)是諸多高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和高新技術(shù)裝備的基礎(chǔ)。它豐富和拓寬了無人機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)技術(shù)的內(nèi)涵和外延。

4 結(jié)束語

經(jīng)過 20多年的發(fā)展，無人機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)技術(shù)已經(jīng)成為當(dāng)今世界最熱門、最重要的技術(shù)發(fā)展方向之一，并影響到幾乎全部的工業(yè)行業(yè)。我國從 80年代初 對無人機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)技術(shù)和產(chǎn)品開始予以重視，先后在國家科技攻關(guān)計劃、863高科技計劃和國家自然科學(xué)基金中列專項對機(jī)電一體技術(shù)加以研究，并取得了一系列重 大科技成果。1990年，國家將用電子技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)列為“八五”及本世紀(jì) 后十年發(fā)展全民經(jīng)濟(jì)的重要戰(zhàn)略技術(shù)措施，無人機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)技術(shù)的推廣應(yīng)用已取得相 當(dāng)進(jìn)展。

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基金項目：黑龍江省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目《智能搜救無人機(jī)》（項目編號：201713301014）階段性成果。

作者簡介：趙偉慶（1996—），男，黑龍江克山人，哈爾濱遠(yuǎn)東理工學(xué)院本科在讀，研究方向：無人機(jī)應(yīng)用技術(shù)。

（作者單位：哈爾濱遠(yuǎn)東理工學(xué)院）