CN102495636A

CN102495636A - 一种无人直升机主舵机系统

Info

Publication number: CN102495636A
Application number: CN2011104152029A
Authority: CN
Inventors: 张志清; 姜年朝; 尚其龙; 张逊; 戴勇; 周福亮; 宋军
Original assignee: No 60 Institute of Headquarters of General Staff of PLA
Current assignee: No 60 Institute of Headquarters of General Staff of PLA
Priority date: 2011-12-14
Filing date: 2011-12-14
Publication date: 2012-06-13
Anticipated expiration: 2031-12-14
Also published as: CN102495636B

Abstract

本发明一种无人直升机主舵机系统涉及的是一种无人直升机的执行机构，主要应用无人直升机的主旋翼的变距操纵，通过飞行控制伺服元件对旋翼进行操纵。由3只主舵机和1台舵机控制器组成，其中主舵机由运动丝杆、舵机壳体、电机、安装底座组成，舵机壳体和电机安装在安装底座上，运动丝杆安装在舵机壳体中，通过安装底座内部的传动齿轮，将电机转动转化为运动丝杆的轴向运动；舵机控制器由微处理器dsPIC30F6011、逻辑门阵列GAL22V10、功率驱动模块L6203以及接口转换器件MAX3160组成。这种无人直升机主舵机具有系统精度高、功率大、控制方式先进、可靠性较高的特点。

Description

一种无人直升机主舵机系统

技术领域

本发明一种无人直升机主舵机系统涉及的是一种无人直升机的执行机构，主要应用无人直升机的主旋翼的变距操纵，通过飞行控制伺服元件对旋翼进行操纵。

背景技术

一般固定翼无人机执行机构使用的是模拟控制舵机，其特点为成本低、结构紧凑、控制为简单的电压控制，同时其缺点也是非常明显：精度低、功率小、控制方式落后、可靠性较差等。因此，这种模拟式舵机不能满足无人直升机操纵系统对执行机构的要求。

发明内容

本发明的目的在于针对上述不足之处提供一种无人直升机主舵机系统，是一种无人直升机的主旋翼操纵舵机，这种舵机的控制方式为纯数字控制，其特点是精度高、功率大、控制方式先进、可靠性较高。

本发明一种无人直升机主舵机系统是采取以下技术方案实现：

无人直升机主舵机系统涉及一种无人直升机的执行机构，主要应用无人直升机的主旋翼的变距操纵，通过飞行控制伺服元件操纵旋翼的俯仰、横滚、偏航和总矩。主舵机由运动丝杆、舵机壳体、电机、安装底座组成（图1），舵机控制器接收无人直升机飞控器的串口指令，控制电机的转动，安装底座内部的传动齿轮将电机转动转化为运动丝杆的轴向运动。

一种无人直升机主舵机系统由3只主舵机和1台舵机控制器组成，其中主舵机由运动丝杆、舵机壳体、电机、安装底座组成，舵机壳体和电机安装在安装底座上，运动丝杆安装在舵机壳体中，通过安装底座内部的传动齿轮，将电机转动转化为运动丝杆的轴向运动。

舵机控制器由微处理器dsPIC30F6011、逻辑门阵列GAL22V10、功率驱动模块L6203以及接口转换器件MAX3160组成（图3）。微处理器dsPIC30F6011的串口TXD引脚、RXD引脚分别与接口转换器MAX3160的串口RXD引脚、TXD引脚连接，PWM引脚与DIR引脚分别与逻辑门阵列GAL22V10的逻辑输入IN1引脚与IN2引脚连接，逻辑门阵列GAL22V10的逻辑输出OUT1引脚与OUT2引脚分别与功率驱动模块L6203的逻辑输入EIN1引脚与EIN2引脚连接，功率驱动模块L6203的功率输出POUT1引脚与POUT2引脚分别与电机的2个输入端子连接。

无人直升机主舵机底座两个耳片安装于上箱体，为不动部分；运动丝杆上端安装在无人直升机的自动倾斜器上，丝杆运动带动自动倾斜器运动。所述运动丝杆有效行程为85mm，质量不超过80g，独立线性度为±0.5%，寿命不小于500万周次。电机的空载转速为8500±10%rpm，额定转速为7700±10%rpm，空载电流小于200mA，额定力矩200g·cm。舵机控制器的控制和驱动部分分离，电机控制频率18KHZ，控制方式为改进型PID，空载功耗小于5W，额定功耗为120W，控制通道数达到5路。

工作原理：舵机控制器通过A/D模块采样运动丝杆的位置反馈电压，与串口接收的直升机飞控计算机位置设定值进行误差计算，此误差经过改进型PID计算后得到用于电机调速的PWM信号占空比值和用于电机换向的DIR值，PWM信号与DIR信号经过逻辑门阵列转换为差分PWM信号，该差分PWM信号经功率驱动模块进行功率转换后，可以驱动电机进行调速和换向运动，实现舵机的位置控制。

一种无人直升机主舵机系统优点：

一种无人直升机主舵机系统具有结构紧凑、体积小、重量轻、使用寿命长，以及控制精度高、输出功率大、控制通道数多、控制方式先进、可靠性较高、功能易于扩展等优点。

附图说明

以下将结合附图对本发明作进一步说明：

图1是本发明的舵机结构示意图。

图2是本发明的舵机控制器原理图。

图3是本发明的舵机控制程序流程图。

具体实施方式

参照附图1～3，一种无人直升机主舵机系统由3只主舵机和1台舵机控制器组成，其中主舵机由运动丝杆1、舵机壳体2、电机3、安装底座4组成，舵机壳体2和电机3安装在安装底座4上，运动丝杆1安装在舵机壳体2中，通过安装底座4内部的传动齿轮，将电机3转动转化为运动丝杆1的轴向运动。

无人直升机主舵机的安装底座4两个耳片安装于上箱体，为不动部分；运动丝杆1上端安装在无人直升机的自动倾斜器上，丝杆运动带动自动倾斜器运动。

所述运动丝杆1有效行程为85mm，质量不超过80g，独立线性度为±0.5%，寿命不小于500万周次。

所述电机3的空载转速为8500±10%rpm，额定转速为7700±10%rpm，空载电流小于200mA，额定力矩200g·cm。

所述舵机控制器的控制和驱动部分分离，电机控制频率18KHZ，控制方式为改进型PID，空载功耗小于5W，额定功耗为120W，控制通道数达到5路。

参照附图2～3，为舵机控制系统控制回路、控制原理和软件程序实现原理图。控制电路的内外电路部分相互隔离，采用全H桥的驱动模块。

舵机控制器由微处理器dsPIC30F6011、逻辑门阵列GAL22V10、功率驱动模块L6203以及接口转换器件MAX3160组成。微处理器dsPIC30F6011的串口TXD引脚、RXD引脚分别与接口转换器MAX3160的串口RXD引脚、TXD引脚连接，PWM引脚与DIR引脚分别与逻辑门阵列GAL22V10的逻辑输入IN1引脚与IN2引脚连接，逻辑门阵列GAL22V10的逻辑输出OUT1引脚与OUT2引脚分别与功率驱动模块L6203的逻辑输入EIN1引脚与EIN2引脚连接，功率驱动模块L6203的功率输出POUT1引脚与POUT2引脚分别与电机的2个输入端子连接。

Claims

1.一种无人直升机主舵机系统，其特征在于：由3只主舵机和1台舵机控制器组成，其中主舵机由运动丝杆、舵机壳体、电机、安装底座组成，舵机壳体和电机安装在安装底座上，运动丝杆安装在舵机壳体中，通过安装底座内部的传动齿轮，将电机转动转化为运动丝杆的轴向运动；

舵机控制器由微处理器dsPIC30F6011、逻辑门阵列GAL22V10、功率驱动模块L6203以及接口转换器件MAX3160组成；微处理器dsPIC30F6011的串口TXD引脚、RXD引脚分别与接口转换器MAX3160的串口RXD引脚、TXD引脚连接，PWM引脚与DIR引脚分别与逻辑门阵列GAL22V10的逻辑输入IN1引脚与IN2引脚连接，逻辑门阵列GAL22V10的逻辑输出OUT1引脚与OUT2引脚分别与功率驱动模块L6203的逻辑输入EIN1引脚与EIN2引脚连接，功率驱动模块L6203的功率输出POUT1引脚与POUT2引脚分别与电机的2个输入端子连接。

2.根据权利要求1所述的无人直升机主舵机系统，其特征在于：所述运动丝杆有效行程为85mm，质量不超过80g，独立线性度为±0.5%，寿命不小于500万周次。

3.根据权利要求1所述的无人直升机主舵机系统，其特征在于所述电机的空载转速为8500±10%rpm，额定转速为7700±10%rpm，空载电流小于200mA，额定力矩200g·cm。

4.根据权利要求1所述的无人直升机主舵机系统，其特征在于所述舵机控制器的控制和驱动部分分离，电机控制频率18KHZ，控制方式为改进型PID，空载功耗小于5W，额定功耗为120W，控制通道数达到5路。