一種直升機旋翼自動離合控制系統(tǒng)的改進設(shè)計的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明是對《一種具有安全保護功能的直升機旋翼自動離合控制系統(tǒng)》提出的改 進設(shè)計，即針對專利號2010102193000提出的改進，涉及自動控制領(lǐng)域，特別涉及直升機旋 翼的自動控制。尤其涉及到直升機旋翼的自動接合和發(fā)動機轉(zhuǎn)速的控制。
【背景技術(shù)】
[0002] 在專利2010102193000中，針對一種帶傳動的直升機，設(shè)計了一套控制起動離合 器自動接合、脫離的方案，在離合器接合、脫離的過程中，控制電路和保護電路分別能夠完 成自動控制、安全保護的功能。
[0003] 但是，在工程實踐時發(fā)現(xiàn)：
[0004] 1.由于保護電路的設(shè)計缺陷，H橋控制電路在多次周期往復(fù)的切換時出現(xiàn)電路同 側(cè)固態(tài)繼電器同時導(dǎo)通導(dǎo)致電路短路的現(xiàn)象，此時固態(tài)繼電器會燒毀，電機失控導(dǎo)致離合 器失控。
[0005] 2.在離合器接合的過程中，為了獲得更好的接合品質(zhì)，即沖擊度、滑摩功盡可能 小，需要控制離合器的接合速度，最佳接合方式是先進行慢結(jié)合，等旋翼轉(zhuǎn)速達到一定值 后，再進行快接合。
[0006] 3.旋翼在未完全接合時，發(fā)動機轉(zhuǎn)速長時間超出慢車轉(zhuǎn)速范圍，可能會損壞發(fā)動 機傳動軸；在旋翼在接合時，發(fā)動機轉(zhuǎn)速下降過大，可能會造成熄火。因此有必要在離合器 接合過程中保證發(fā)動機轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定。
[0007] 本發(fā)明即是針對以上問題，對原專利進行改進設(shè)計。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的目的是改進原發(fā)明的控制電路，防止出現(xiàn)離合器失控現(xiàn)象；實現(xiàn)離合器 的"慢結(jié)合一快接合"兩段式接合方式，減少離合器接合過程中的沖擊度、滑摩功，增加設(shè)備 的使用壽命；離合器接合過程中控制發(fā)動機轉(zhuǎn)速保持穩(wěn)定，防止損壞發(fā)動機軸或出現(xiàn)發(fā)動 機熄火現(xiàn)象。
[0009] 在改進控制電路方面，采用功率MOS管替代原電路中的固態(tài)繼電器來搭建H橋電 路的橋臂。上半橋臂采用P溝道的功率MOS管，下半橋臂采用N溝道的功率MOS管。為了簡 化電路，可以使用應(yīng)用于直流電機的智能半橋驅(qū)動芯片，該類芯片內(nèi)部具有自鎖保護功能， 由三部分組成：一個P溝道的功率MOS管，一個N溝道的功率MOS管和一個驅(qū)動晶片，兩片 這樣的芯片可以組成H橋。其余的元器件與原控制電路中的元器件保持一致。
[0010] 在改進離合器接合方式方面，離合器接合時，單片機對發(fā)送的脈沖控制信號進行 調(diào)制（PWM)，改變脈沖列的占空比，脈沖列經(jīng)過半橋驅(qū)動芯片的放大后，可以成比例控制離 合器驅(qū)動電機（離合器舵機）兩端的驅(qū)動電壓，從而控制電機的轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)離合器接合速 度的控制。當單片機調(diào)制控制脈沖信號占空比為1時，離合器舵機兩端的電壓就是電路的 供電電壓U，此時電機轉(zhuǎn)速V最快，離合器進行的是快接合；當單片機調(diào)制控制脈沖信號占 空比為d(0 < d < 1)時，離合器舵機兩端的電壓是d ·υ，此時電機轉(zhuǎn)速為d · V，轉(zhuǎn)速減慢， 離合器接合速度減慢，離合器進行的是慢接合。
[0011] 在改進控制接合過程中發(fā)動機轉(zhuǎn)速穩(wěn)定方面，在飛控程序中加入發(fā)動機轉(zhuǎn)速穩(wěn)定 控制律，發(fā)動機起動完成后，飛控計算機打開轉(zhuǎn)速穩(wěn)定函數(shù)，發(fā)動機轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在慢車轉(zhuǎn)速， 在離合器接合時，發(fā)動機轉(zhuǎn)速因為負載而下降，飛控計算機可以根據(jù)當前周期內(nèi)的發(fā)動機 轉(zhuǎn)速實時控制油門舵機，對發(fā)動機轉(zhuǎn)速進行調(diào)節(jié)，使其恢復(fù)到慢車轉(zhuǎn)速，離合器整個接合過 程中，發(fā)動機轉(zhuǎn)速可以在安全轉(zhuǎn)速（發(fā)動機不會出現(xiàn)熄火）以上，并保持穩(wěn)定。
[0012] 本發(fā)明的優(yōu)點是：
[0013] 1.離合器控制電路安全穩(wěn)定，可靠性高。半橋驅(qū)動芯片的引腳具有電流采集功能， 可以利用這個引腳采集控制電路中的信號，反饋當前電路的狀態(tài)，即離合器的控制狀態(tài)。
[0014] 2.離合器接合過程采用"慢結(jié)合一快接合"二段式接合，可以獲得更好的接合品 質(zhì)，減小接合過程中的沖擊度和滑摩功，增加了系統(tǒng)的使用壽命。
[0015] 3.在離合器接合過程中，保持發(fā)動機的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，避免了由于突然加載導(dǎo)致發(fā)動 機轉(zhuǎn)速下降過大而造成發(fā)動機熄火等事故。
【附圖說明】
[0016] 圖1是改進的離合器控制電路的原理圖
[0017] 圖中具體標號含義如下（未改動的部分與原專利保持一致）：
[0018] Ql~Q4功率MOS管 105瞬態(tài)抑制二極管
[0019] 106離合器驅(qū)動電機（離合器舵機） 107大功率二極管
[0020] 108滑油壓力開關(guān) 109第二固態(tài)繼電器 110第一固態(tài)繼電器
[0021] 111起動機 112設(shè)備電源Vcc 113設(shè)備電源Gnd
[0022] 114信號電源GndO 201~216供電線
[0023] 圖2是選用的半橋驅(qū)動芯片BTS7970B的結(jié)構(gòu)。
[0024] 圖3是將半橋驅(qū)動芯片接入離合器控制電路的電路圖。
[0025] 圖中具體標號含義如下：
[0026] KEl瞬態(tài)抑制二極管 DDl~DD2大功率二極管
[0027] Ul ~U2 BTS7970B 芯片 R301 ~R307 電阻 C401 ~C405 電容
[0028] 圖4是將脈沖控制信號占空比為1和0. 8時，離合器舵機兩端的電壓變化情況。
[0029] (a)為占空比d = 1時的脈沖信號；
[0030] (b)為d = 1時，離合器舵機兩端的電壓U ;
[0031] (c)為占空比d = 0· 8時的脈沖信號；
[0032] (d)為d = 0. 8時，離合器舵機兩端的電壓0. 8U。
[0033] 圖5是離合器接合時，為保證發(fā)動機轉(zhuǎn)速穩(wěn)定而設(shè)計的控制律。
[0034] 控制律采用轉(zhuǎn)速前饋與反饋PID復(fù)合控制結(jié)構(gòu)。ng為發(fā)動機的目標轉(zhuǎn)速，n e為發(fā) 動機實際轉(zhuǎn)速，Wf為發(fā)動機風(fēng)門開度控制量，Λ η為發(fā)動機實際轉(zhuǎn)速與目標轉(zhuǎn)速的差值，K p 為比例項，它隨著發(fā)動機實際轉(zhuǎn)速變化，&為積分項，在發(fā)動機實際轉(zhuǎn)速接近額定轉(zhuǎn)速時接 入，&為微分項，在發(fā)動機實際轉(zhuǎn)速接近額定轉(zhuǎn)速時接通。
[0035] 圖6是離合器自動接合操作流程圖。
【具體實施方式】
[0036] 本發(fā)明是針對專利2010102193000進行的改進設(shè)計，故離合器的控制電路大部分 保留原電路設(shè)計，電路中各個設(shè)備見原專利說明。下面結(jié)合附圖對本改進設(shè)計做進一步的 說明。
[0037] 1.離合器控制電路的改進設(shè)計
[0038] 圖1是起動離合器106實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)的改進電路。由四個功率MOS管Ql~Q4搭建 成的H橋回路，當功率MOS管Ql、Q4導(dǎo)通時，起動離合器106的電機反轉(zhuǎn)，傳動皮帶慢慢放 松，此時實現(xiàn)的是離合器脫離功能。當功率MOS管Q2、Q3導(dǎo)通時，起動離合器106的電機正 轉(zhuǎn)，傳動皮帶慢慢拉緊，此時實現(xiàn)的是離合器接合功能。當四個功率MOS管全部斷開時，起 動離合器106電機停止轉(zhuǎn)動，傳動皮帶維持當前位置，此時實現(xiàn)的是離合器保持功能。
[0039] 為簡化電路，可以采用半橋驅(qū)動芯片實現(xiàn)上述功能，圖2即所選用的BTS7970B型 驅(qū)動芯片，該芯片滿足電路需求，它由一個P溝道功率MOS管，一個N溝道功率MOS管和一 個驅(qū)動晶片組成，兩片這樣的芯片即可搭建成H橋電路。
[0040] 表格1是芯片BTS7970B各個引腳的功能。
[0041] 表格1.芯片BTS7970B各個引腳的功能
[0042]
【主權(quán)項】
1. 本發(fā)明的目的是改進原發(fā)明的控制電路，防止出現(xiàn)離合器失控現(xiàn)象；實現(xiàn)離合器的 "慢結(jié)合一快接合"兩段式接合方式，減少離合器接合過程中的沖擊度、滑摩功，增加設(shè)備的 使用壽命；離合器接合過程中控制發(fā)動機轉(zhuǎn)速保持穩(wěn)定，防止損壞發(fā)動機軸或出現(xiàn)發(fā)動機 熄火現(xiàn)象。
2. 在改進控制電路方面，采用功率MOS管替代原電路中的固態(tài)繼電器來搭建H橋電路 的橋臂。上半橋臂采用P溝道的功率MOS管，下半橋臂采用N溝道的功率MOS管。為了簡 化電路，可以使用應(yīng)用于直流電機的智能半橋驅(qū)動芯片，該類芯片內(nèi)部具有自鎖保護功能， 由三部分組成：一個P溝道的功率MOS管，一個N溝道的功率MOS管和一個驅(qū)動晶片，兩片 這樣的芯片可以組成H橋。其余的元器件與原控制電路中的元器件保持一致。
3. 在改進離合器接合方式方面，離合器接合時，單片機對發(fā)送的脈沖控制信號進行調(diào) 制（PWM)，改變脈沖列的占空比，脈沖列經(jīng)過半橋驅(qū)動芯片的放大后，可以成比例控制離合 器驅(qū)動電機（離合器舵機）兩端的驅(qū)動電壓，從而控制電機的轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)離合器接合速度 的控制。當單片機調(diào)制控制脈沖信號占空比為1時，離合器舵機兩端的電壓就是電路的供 電電壓U，此時電機轉(zhuǎn)速V最快，離合器進行的是快接合；當單片機調(diào)制控制脈沖信號占空 比為d(0 <d< 1)時，離合器舵機兩端的電壓是d?U，此時電機轉(zhuǎn)速為d?V，轉(zhuǎn)速減慢，離 合器接合速度減慢，離合器進行的是慢接合。
4. 在改進控制接合過程中發(fā)動機轉(zhuǎn)速穩(wěn)定方面，在飛控程序中加入發(fā)動機轉(zhuǎn)速穩(wěn)定控 制律，發(fā)動機起動完成后，飛控計算機打開轉(zhuǎn)速穩(wěn)定函數(shù)，發(fā)動機轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在慢車轉(zhuǎn)速，在 離合器接合時，發(fā)動機轉(zhuǎn)速因為負載而下降，飛控計算機可以根據(jù)當前周期內(nèi)的發(fā)動機轉(zhuǎn) 速實時控制油門舵機，對發(fā)動機轉(zhuǎn)速進行調(diào)節(jié)，使其恢復(fù)到慢車轉(zhuǎn)速，離合器整個接合過程 中，發(fā)動機轉(zhuǎn)速可以在安全轉(zhuǎn)速（發(fā)動機不會出現(xiàn)熄火）以上，并保持穩(wěn)定。
【專利摘要】本發(fā)明對原發(fā)明的離合器控制電路進行了改進，防止出現(xiàn)離合器失控現(xiàn)象；實現(xiàn)離合器的“慢結(jié)合—快接合”兩段式接合方式，減少離合器接合過程中的沖擊度、滑摩功，增加設(shè)備的使用壽命；離合器接合過程中控制發(fā)動機轉(zhuǎn)速保持穩(wěn)定，防止損壞發(fā)動機軸或出現(xiàn)發(fā)動機熄火的現(xiàn)象，提高了專利2010102193000所描述的直升機旋翼自動離合控制系統(tǒng)的總體性能。
【IPC分類】G05B19-02, B64C13-16
【公開號】CN104773284
【申請?zhí)枴緾N201510203260
【發(fā)明人】蒙志君, 周堯明, 王燦, 竇樹楠, 王永超
【申請人】北京航空航天大學(xué)
【公開日】2015年7月15日
【申請日】2015年4月25日