空氣動力控制用機(jī)電伺服系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及飛行器領(lǐng)域，具體而言，涉及一種空氣動力控制用機(jī)電伺服系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]對運(yùn)載火箭及其有效載荷飛行器等的飛行控制執(zhí)行閉環(huán)系統(tǒng)一般統(tǒng)稱為伺服系統(tǒng)，伺服系統(tǒng)的典型應(yīng)用之一就是驅(qū)動空氣舵面擺動，從而改變飛行器氣動外形產(chǎn)生氣動力矩，進(jìn)而控制飛行器的姿態(tài)，如民用飛機(jī)的各種舵面就是利用伺服系統(tǒng)進(jìn)行空氣動力控制的典型應(yīng)用，利用氣動舵面的擺動可以控制飛機(jī)飛行的姿態(tài)。隨著科技的發(fā)展和航空航天應(yīng)用需求的不斷提升，伺服系統(tǒng)在大氣層內(nèi)飛行的飛行器上應(yīng)用也越來越多。
[0003]近年來，隨著機(jī)電伺服技術(shù)的飛速發(fā)展，同時(shí)機(jī)電伺服系統(tǒng)因其固有的組成與結(jié)構(gòu)簡單、使用及維護(hù)方便等顯著優(yōu)點(diǎn)，逐漸成為各種飛行器伺服系統(tǒng)主流應(yīng)用產(chǎn)品。伺服系統(tǒng)為達(dá)到空氣動力控制的目的，一般包括一套動力執(zhí)行機(jī)構(gòu)，用于輸出伸縮動作，起到擺動舵面的作用(飛行器每個(gè)舵面對應(yīng)一套執(zhí)行機(jī)構(gòu))；一套控制驅(qū)動設(shè)備，用于執(zhí)行閉環(huán)控制算法，驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出功率；一套可以在飛行器上使用的能源設(shè)備，為整個(gè)伺服系統(tǒng)提供初級能源。
[0004]更具體地，在飛行器上采用的機(jī)電伺服系統(tǒng)一般由以下幾個(gè)部分組成:機(jī)電作動器(包含伺服電機(jī)與傳動機(jī)構(gòu))、伺服控制器、伺服驅(qū)動器、伺服動力電源以及相應(yīng)電纜網(wǎng)。其中伺服動力電源為整個(gè)機(jī)電伺服系統(tǒng)提供初級直流電能；伺服控制器用來接收控制指令信號，接收系統(tǒng)反饋狀態(tài)信息，運(yùn)行閉環(huán)控制算法，生成功率驅(qū)動指令；伺服驅(qū)動器通過功率逆變電路，將伺服動力電源提供的直流電能逆變?yōu)槿嘟涣麟娔?，提供給伺服電機(jī)；而伺服電機(jī)作為整個(gè)系統(tǒng)的動力執(zhí)行元件，輸出轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速功率運(yùn)動，帶動機(jī)電傳動機(jī)構(gòu)做功，實(shí)現(xiàn)空氣動力控制；而電纜網(wǎng)負(fù)責(zé)將相關(guān)部分連接起來。
[0005]以上組成是機(jī)電伺服系統(tǒng)用于空氣動力控制的基本組成部分，隨著大氣層飛行器對各項(xiàng)性能要求的不斷提升，飛行器對重量與體積的要求極其苛刻，伺服系統(tǒng)如果能降低自身重量，則在相同飛行距離情況下則可以提高有效載荷質(zhì)量，或在有效載荷質(zhì)量不變的情況下增加飛行距離。因此，對伺服系統(tǒng)提出了更多更高的全新要求。若采用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式，整個(gè)伺服系統(tǒng)的體積與重量都無法滿足飛行器的安裝與使用要求，因此需要設(shè)計(jì)一種小型化、集成化、輕質(zhì)化機(jī)電伺服系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明旨在提供一種降低重量和體積的空氣動力控制用機(jī)電伺服系統(tǒng)。
[0007]本發(fā)明提供了一種空氣動力控制用機(jī)電伺服系統(tǒng)，包括四臺機(jī)電作動器、一臺主伺服控制驅(qū)動器、一臺從伺服控制驅(qū)動器以及提供電源的至少一臺伺服動力電源，其中，主伺服控制驅(qū)動器驅(qū)動控制四臺機(jī)電作動器中的兩臺，從伺服控制驅(qū)動器驅(qū)動控制四臺機(jī)電作動器中的另外兩臺。
[0008]進(jìn)一步地，主伺服控制驅(qū)動器和從伺服控制驅(qū)動器包括相互連接并通信的CAN總線連接器；主伺服控制驅(qū)動器還包括1553B總線連接器。
[0009]進(jìn)一步地，主伺服控制驅(qū)動器和從伺服控制驅(qū)動器的CAN總線連接器通過雙冗余CAN總線連接。
[0010]進(jìn)一步地，每臺機(jī)電作動器包括動力電輸入連接器、電機(jī)轉(zhuǎn)子位置反饋電連接器和線位移反饋連接器。
[0011]進(jìn)一步地，主伺服控制驅(qū)動器和從伺服控制驅(qū)動器均還包括三相交流動力電源連接器、直流電源輸入連接器和作動器反饋連接器；其中，三相交流動力電源連接器與機(jī)電作動器的動力電輸入連接器連接；直流電源輸入連接器與至少一臺伺服動力電源連接；作動器反饋連接器與機(jī)電作動器的電機(jī)轉(zhuǎn)子位置反饋電連接器和線位移反饋連接器連接。
[0012]進(jìn)一步地，伺服動力電源為兩臺，且伺服動力電源采用熱電池。
[0013]本發(fā)明還提供了一種飛行器，包括四個(gè)控制舵，飛行器還包括上述機(jī)電伺服系統(tǒng)，機(jī)電伺服系統(tǒng)的四臺機(jī)電作動器一一對應(yīng)驅(qū)動四個(gè)控制舵。
[0014]進(jìn)一步地，每臺機(jī)電作動器包括伺服電機(jī)、與伺服電機(jī)配合的傳動機(jī)構(gòu)、與伺服電機(jī)定子固定連接的上支耳，以及與傳動機(jī)構(gòu)輸出軸連接的下支耳；控制舵具有舵軸以及與舵軸固定連接的搖臂，上支耳與飛行器的傳動支架鉸接，下支耳與搖臂鉸接以驅(qū)動控制舵擺動。
[0015]進(jìn)一步地，飛行器呈圓柱型，四個(gè)控制舵沿圓周截面均勻分布，四臺機(jī)電作動器與四個(gè)控制舵對應(yīng)均勻分布。
[0016]進(jìn)一步地，主伺服控制驅(qū)動器、從伺服控制驅(qū)動器和至少一臺伺服動力電源通過支架固定在飛行器的內(nèi)艙壁上。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的機(jī)電伺服系統(tǒng)及飛行器，主伺服控制驅(qū)動器和從伺服控制驅(qū)動器分別控制兩臺機(jī)電作動器，相比現(xiàn)有技術(shù)，能夠有效減少整個(gè)機(jī)電伺服系統(tǒng)的電子設(shè)備數(shù)量，從而提高設(shè)備集成度，有效地減小總體積，也降低了總重量。
【附圖說明】
[0018]構(gòu)成本申請的一部分的附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中:
[0019]圖1是根據(jù)本發(fā)明的空氣動力控制用機(jī)電伺服系統(tǒng)的連接示意圖；
[0020]圖2是根據(jù)本發(fā)明的空氣動力控制用機(jī)電伺服系統(tǒng)的主伺服控制驅(qū)動器和從伺服控制驅(qū)動器連接關(guān)系示意圖；
[0021]圖3是根據(jù)本發(fā)明的空氣動力控制用機(jī)電伺服系統(tǒng)的在飛行器控制艙內(nèi)的布局示意圖；
[0022]圖4是根據(jù)本發(fā)明的機(jī)電作動器原理示意圖；
[0023]圖5是根據(jù)本發(fā)明的機(jī)電作動器實(shí)現(xiàn)與控制舵的裝配示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明。
[0025]如圖1至4所示，根據(jù)本發(fā)明的空氣動力控制用機(jī)電伺服系統(tǒng)，包括四臺機(jī)電作動器10 (圖1中第一機(jī)電作動器11、第二機(jī)電作動器13、第三機(jī)電作動器13和第四機(jī)電作動器14)、一臺主伺服控制驅(qū)動器20、一臺從伺服控制驅(qū)動器30以及提供電源的至少一臺伺服動力電源40，其中，主伺服控制驅(qū)動器20驅(qū)動控制四臺機(jī)電作動器10中的兩臺，從伺服控制驅(qū)動器30驅(qū)動控制四臺機(jī)電作動器10中的另外兩臺。本發(fā)明通過主伺服控制驅(qū)動器20和從伺服控制驅(qū)動器30分別控制兩臺機(jī)電作動器10，相比現(xiàn)有技術(shù)，能夠有效減少整個(gè)機(jī)電伺服系統(tǒng)的電子設(shè)備數(shù)量，從而提高設(shè)備集成度，有效地減小總體積，也降低了總重量。
[0026]具體地，結(jié)合圖1所示的各部件連接關(guān)系可知，每個(gè)機(jī)電作動器10包含三個(gè)電氣連接器，分別是動力電輸入連接器、電機(jī)轉(zhuǎn)子位置反饋電連接器和線位移反饋連接器。主伺服控制驅(qū)動器20含有六個(gè)電連接器，分別是一個(gè)1553B總線連接器、一個(gè)CAN總線連接器、兩個(gè)三相交流動力電源連接器、一個(gè)直流電源輸入連接器和一個(gè)作動器反饋連接器。更具體地，1553B總線連接器用于與飛行器中央控制系統(tǒng)連接；CAN總線連接器用于與從伺服控制驅(qū)動器30通信，兩個(gè)三相交流動力電源連接器分別與兩臺機(jī)電作動器10的動力電輸入連接器連接；直流電源輸入連接器與至少一臺伺服動力電源40連接；作動器反饋連接器與機(jī)電作動器10的電機(jī)轉(zhuǎn)子位置反饋電連接器和線位移反饋連接器連接。
[0027]從伺服控制驅(qū)動器30相比主伺服控制驅(qū)動器20，僅僅缺少1553B總線連接器，其他與主伺服控制驅(qū)動器20相同，即也包括一個(gè)CAN總線連接器、兩個(gè)三相交流動力電源連接器、一個(gè)直流電源輸入連接器和一個(gè)作動器反饋連接器。
[0028]結(jié)合圖1和圖2所示，本發(fā)明的空氣動力控制用機(jī)電伺服系統(tǒng)，采用主伺服控制驅(qū)動器20與從伺服控制驅(qū)動器30相結(jié)合，每臺伺服控制驅(qū)動器驅(qū)動2臺機(jī)電作動器，4臺機(jī)電作動器根據(jù)各自指令相互獨(dú)立，配合擺動共同完成空氣動力控制的技術(shù)方案。如圖2所示，主伺服控制驅(qū)動器20與從伺服控制驅(qū)動器30通過雙冗余CAN總線完成數(shù)字通信，CAN總線A與CAN總線B相互獨(dú)立，實(shí)現(xiàn)物理雙冗余設(shè)計(jì)。主、從伺服控制驅(qū)動器的一大特點(diǎn)是各自有一塊DSP數(shù)字處理器，但各自有2套控制功能電路，分別為I通道外圍電路與II通道外圍電路，可以實(shí)現(xiàn)對2臺機(jī)電作動器的狀態(tài)信息采集、處理與控制；各自有2套功能獨(dú)立的功率驅(qū)動，分別為I通道功率驅(qū)動核心電路和II通道功率驅(qū)動核心電路，實(shí)現(xiàn)對兩臺伺服電機(jī)的驅(qū)動。這一設(shè)計(jì)的核心是將實(shí)現(xiàn)兩臺機(jī)電作動器控制驅(qū)動的電子設(shè)備集成到了一個(gè)設(shè)備內(nèi)，共用一個(gè)DS