CN102336266A

CN102336266A - 一种螺旋桨无人机电动变桨距的方法及装置

Info

Publication number: CN102336266A
Application number: CN2010102318025A
Authority: CN
Inventors: 林骅; 黄靖; 杨建良
Original assignee: GUIZHOU GUIHANG UAV CO Ltd
Current assignee: GUIZHOU GUIHANG UAV CO Ltd
Priority date: 2010-07-21
Filing date: 2010-07-21
Publication date: 2012-02-01

Abstract

本发明公开了一种螺旋桨无人机电动变桨距的方法及装置。该方法采用开环控制；通过地面站发出遥控指令，飞机上的飞控计算机接收到遥控指令后发出控制信号，控制信号通过飞机上的螺旋桨控制盒控制螺旋桨驱动电机工作，通过螺旋桨驱动电机的正反转和旋转角度改变 螺旋桨桨叶角度，达到控制飞行状态的目的。 本发明采用开环控制， 避免飞机飞行过程中有可能出现异常后造成动力不稳定的情况，飞行控制人员依据飞行中发动机的转速、飞行姿态、飞行速度以及飞行高度等发出遥调指令，选择螺旋桨所需要的桨叶角，使地面飞行控制人员对飞行器的操作更为直接。控制螺旋桨桨叶角大小，以此发挥螺旋桨的最佳效率。

Description

一种螺旋桨无人机电动变桨距的方法及装置

技术领域

本发明涉及一种螺旋桨无人机电动变桨距的方法及装置，属于无人机控制技术。

背景技术

目前尚无可供给无人飞机使用的螺旋桨变桨距机构。针对研制新型无人飞机对螺旋桨可变桨距的需求，将手动控制变桨距机构改进为遥控控制，以满足无人飞机上使用变桨距螺旋桨的特殊要求。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种螺旋桨无人机电动变桨距的方法及装置，将手动控制变桨距机构改进为遥控控制，以数控化改造的方式实现无人飞机上使用电动变桨距螺旋桨的特殊要求。

本发明的技术方案，本发明的一种螺旋桨无人机电动变桨距的方法是采用开环控制；通过地面站发出遥控指令，飞机上的飞控计算机接收到遥控指令后发出控制信号，控制信号通过飞机上的螺旋桨控制盒控制螺旋桨驱动电机工作，通过螺旋桨驱动电机的正反转和旋转角度改变螺旋桨桨叶角度，达到控制飞行状态的目的。

前述螺旋桨无人机电动变桨距的方法中，所述开环控制是螺旋桨桨叶的角度变化信号不反馈给飞控计算机，飞控计算机只接受地面站发出的遥控指令。

前述螺旋桨无人机电动变桨距的方法中，所述螺旋桨桨叶从最小角度改变至最大角度或螺旋桨桨叶从最大角度改变至最小角度的时间为全行程工作时间，将全行程工作时间划分成N个固定时间段进行控制；每加电一次，只运行一个固定时间段，螺旋桨桨叶只能改变固定角度，通过加电次数确定当前螺旋桨桨叶的角度。

前述螺旋桨无人机电动变桨距的方法中，所述全行程工作时间为10秒，每个固定时间段等于10/N秒。

前述螺旋桨无人机电动变桨距的方法中，所述加电采用点击加电方式，每点击一次只发出一个脉冲信号，脉冲信号的宽度等于固定时间段的时长10/N秒。

前述螺旋桨无人机电动变桨距的方法中，所述飞控计算机发出的控制信号为两路控制信号；分别为①信号和②信号；两路控制信号分别只输出高电平或低电平，高电平为1，低电平为0；根据两路控制信号的逻辑关系确定电机的工作状态。

前述螺旋桨无人机电动变桨距的方法中，所述逻辑关系如下：当①=0，②=1时，电机正转；当①=1，②=0时，电机反转；当①=1，②=1时，电机不转。

前述螺旋桨无人机电动变桨距的方法中，所述螺旋桨控制盒采用继电器通断控制电路，避免复杂电路带来的不稳定性。

按照上述方法构建的本发明的一种螺旋桨无人机电动变桨距的装置，包括机上的飞控计算机和设在地上的地面站；飞控计算机与地面站无线连接，飞控计算机的控制端与螺旋桨控制盒的输入端连接，螺旋桨控制盒的输出端与螺旋桨控制电机连接。

前述装置中，所述螺旋桨控制盒内设有继电器J1和继电器J2，继电器J1和继电器J2的线圈分别与飞控计算机的两个控制端连接，继电器J1和继电器J2的动触点分别与螺旋桨控制电机连接，继电器J1和继电器J2的两个静触点分别与12V电源和接地点连接。

由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本发明采用开环控制，避免飞机飞行过程中有可能出现的异常后造成动力不稳定的情况，飞行控制人员依据飞行中发动机的转速、飞行姿态、飞行速度以及飞行高度等发出遥调指令，选择螺旋桨所需要的桨叶角，使地面飞行控制人员对飞行器的操作更为直接。控制螺旋桨桨叶角大小，以此发挥螺旋桨的最佳效率。

电路中采取两个继电器实现电路的开关功能，并在电路中增加可实现复位功能的断路保护开关以保证在超调的状态下电机的安全。

产品设计指标

额定电压: 27VDC；

电压范围: 按GJ②181-1986《飞机供电特性及对用电设备的要求》②类；

工作温度： -50℃～+50℃；

储存温度： -45℃～+60℃；

相对湿度：(95±3)％；

振动： 5～500Hz(正弦)，加速度7g；

工作高度： ≤8000m(无环控系统)；

重量： ≤1Kg；

控制电路输入电流： I①≤15m①；

外型尺寸（单位：毫米）： 83×61×50。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的机上螺旋桨控制盒的电气原理图。

附图中的标记为：1-飞控计算机，2-地面站，3-螺旋桨控制盒，4-螺旋桨控制电机。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

实施例：本发明的结构原理如图1和图2所示，本发明的一种螺旋桨无人机电动变桨距的方法是采用开环控制，即通过现有的地面站4发出遥控指令，飞机上的飞控计算机1接收到遥控指令后发出控制信号，控制信号通过飞机上的螺旋桨控制盒2控制螺旋桨驱动电机3工作，通过螺旋桨驱动电机3的正反转和旋转角度改变螺旋桨桨叶角度，达到控制飞行状态的目的。所述开环控制是螺旋桨桨叶的角度变化信号不反馈给飞控计算机1，飞控计算机1只接受地面站4发出的遥控指令。所述螺旋桨桨叶从最小角度改变至最大角度或螺旋桨桨叶从最大角度改变至最小角度的时间为全行程工作时间，将全行程工作时间划分成N个固定时间段进行控制；每加电一次，只运行一个固定时间段，螺旋桨桨叶只能改变固定角度，通过加电次数确定当前螺旋桨桨叶的角度。所述全行程工作时间为10秒，每个固定时间段等于10/N秒。所述加电采用点击加电方式，每点击一次只发出一个脉冲信号，脉冲信号的宽度等于固定时间段的时长10/N秒。所述飞控计算机1发出的控制信号为两路控制信号；分别为信号①和信号②；两路控制信号分别只输出高电平或低电平，高电平为1，低电平为0；根据两路控制信号的逻辑关系确定螺旋桨驱动电机3的工作状态。所述逻辑关系如下：当①=0，②=1时，螺旋桨驱动电机正转；当①=1，②=0时，螺旋桨驱动电机反转；当①=1，②=1时，螺旋桨驱动电机3不转。所述螺旋桨控制盒2采用继电器通断控制电路，避免复杂电路带来的不稳定性。

实施本发明的螺旋桨无人机电动变桨距的装置时，该装置包括现有的机上的飞控计算机1和设在地上的地面站4；飞控计算机1与地面站4无线连接，飞控计算机1与螺旋桨控制盒2的输入端连接，螺旋桨控制盒2的输出端与现有的螺旋桨控制电机3连接；在螺旋桨控制盒2内设有继电器J1和继电器J2，继电器J1和继电器J2的线圈分别与飞控计算机1的两个控制端连接，继电器J1和继电器J2的动触点分别与螺旋桨控制电机3连接，继电器J1和继电器J2的两个静触点分别与12V电源和接地点连接。

本发明为了保证电动变桨距机构在无人飞机上便捷、安全的使用，本发明不使用闭环控制，开环控制是螺旋桨桨叶的角度变化信号不反馈给飞控计算机1，飞控计算机1只接受地面站4发出的遥控指令。而是选择在飞行操作界面上设定相关的调整窗口。飞行控制人员依据飞行中发动机的转速、飞行姿态、飞行速度以及飞行高度等发出遥调指令，控制螺旋桨桨叶角大小，以此发挥螺旋桨的最佳效率。开环控制设计可以避免飞机飞行过程中有可能出现的异常后造成动力不稳定的情况，通过飞行控制人员对当前的飞行状态进行预判后，选择螺旋桨所需要的桨叶角，使地面飞行控制人员对飞行器的操作更为直接。

具体实施时，控制信号可以使用飞控计算机1部分闲置的离散量，即两路控制信号链路。飞控计算机发出的控制信号为两路控制信号；分别为①信号和②信号；两路控制信号分别只输出高电平或低电平，高电平为1，低电平为0；根据两路控制信号的逻辑关系确定电机的工作状态。所述逻辑关系如下：当①=0，②=1时，电机正转；当①=1，②=0时，电机反转；当①=1，②=1时，电机不转。就可以完成该信号的控制。

①信号和②信号通过加电次数来控制驱动电机的运动行程，具体做法是将螺旋桨桨叶从最小角度改变至最大角度或螺旋桨桨叶从最大角度改变至最小角度的时间为全行程工作时间设定为10秒，再将10秒全行程工作时间划分成10个固定时间段进行控制，每个固定时间段为1秒；假如螺旋桨桨叶从最小角度改变至最大角度或螺旋桨桨叶从最大角度改变至最小角度的变化角度为90度，则每个固定时间段只能使螺旋桨桨叶有9度的变化。根据加电的次数和电机的正反转次数，就可以得知当前螺旋桨桨叶的实际角度，因而可以设置计数器对加电次数进行计数，通过发动机转速监控变桨距机构的工作状态。

整个螺旋桨变桨距控制系统由飞控计算机与电动驱动系统组成，如图2所示。电机的驱动控制部分接收到由飞控计算机两种脉冲信号，一个高电平、一个低电平信号。

在控制中采取使用规定时长的脉冲信号，每发出一次脉冲信号，电动驱动系统执行一次动作，执行动作的时长由脉冲长度决定。

具体控制的逻辑如图2所示，①、②两端口接飞控计算机，当需要增大(减小)桨叶角时由飞控计算机发出脉冲信号。逻辑关系如下表1所示。

表1中规定高电平为1，低电平为0，端口①、②分别为电机驱动控制电路中接入飞控计算机的两个接口。

	电机正转	电机反转	电机不转
				端口①	0	1	1
端口②	1	0	1

表1驱动电机控制逻辑

飞行操作界面上设定相关的控制按钮控制电机的动作，每按下一次按钮飞控计算机发出一次脉冲信号，电机工作一次。当需要增大(减小)桨叶角时，点击相应的控制按钮。如果一次点击按钮无法达到需要的桨叶角时，通过多次的点击可以达到最终需求。

规定脉冲时长的设计可以避免在操作过程中由于操作手的手动操作的误差，影响到电机控制的准确性。

Claims

1. 一种螺旋桨无人机电动变桨距的方法，其特征在于：该方法采用开环控制；通过地面站发出遥控指令，飞机上的飞控计算机接收到遥控指令后发出控制信号，控制信号通过飞机上的螺旋桨控制盒控制螺旋桨驱动电机工作，通过螺旋桨驱动电机的正反转和旋转角度改变螺旋桨桨叶角度，达到控制飞行状态的目的。

2.根据权利要求1所述螺旋桨无人机电动变桨距的方法，其特征在于：所述开环控制是螺旋桨桨叶的角度变化信号不反馈给飞控计算机，飞控计算机只接受地面站发出的遥控指令。

3.根据权利要求1所述螺旋桨无人机电动变桨距的方法，其特征在于：所述螺旋桨桨叶从最小角度改变至最大角度或螺旋桨桨叶从最大角度改变至最小角度的时间为全行程工作时间，将全行程工作时间划分成N个固定时间段进行控制；每加电一次，只运行一个固定时间段，螺旋桨桨叶只能改变固定角度，通过加电次数确定当前螺旋桨桨叶的角度。

4.根据权利要求3所述螺旋桨无人机电动变桨距的方法，其特征在于：所述全行程工作时间为10秒，每个固定时间段等于10/N秒。

5.根据权利要求3所述螺旋桨无人机电动变桨距的方法，其特征在于：所述加电采用点击加电方式，每点击一次只发出一个脉冲信号，脉冲信号的宽度等于固定时间段的时长10/N秒。

6.根据权利要求1所述螺旋桨无人机电动变桨距的方法，其特征在于：所述飞控计算机发出的控制信号为两路控制信号；分别为①信号和②信号；两路控制信号分别只输出高电平或低电平，高电平为1，低电平为0；根据两路控制信号的逻辑关系确定电机的工作状态。

7.根据权利要求6所述螺旋桨无人机电动变桨距的方法，其特征在于：所述逻辑关系如下：当①=0，②=1时，电机正转；当①=1，②=0时，电机反转；当①=1，②=1时，电机不转。

8.根据权利要求1所述螺旋桨无人机电动变桨距的方法，其特征在于：所述螺旋桨控制盒采用继电器通断控制电路，避免复杂电路带来的不稳定性。

9.一种螺旋桨无人机电动变桨距的装置，其特征在于：该装置包括机上的飞控计算机（1）和设在地上的地面站（4）；飞控计算机（1）与地面站（4）无线连接，飞控计算机（1）与螺旋桨控制盒（2）的输入端连接，螺旋桨控制盒（2）的输出端与螺旋桨控制电机（3）连接。

10.根据权利要求9所述的螺旋桨无人机电动变桨距的装置，其特征在于：所述螺旋桨控制盒（2）内设有继电器J1和继电器J2，继电器J1和继电器J2的线圈分别与飞控计算机（1）的两个控制端连接，继电器J1和继电器J2的动触点分别与螺旋桨控制电机（3）连接，继电器J1和继电器J2的两个静触点分别与12V电源和接地点连接。