CN102799186B - 远程控制设备的驱动控制器 - Google Patents

Abstract

一种远程控制设备的驱动控制器，包括用于输出偏航轴线角速度作为偏航轴线角速度信号的偏航轴线角速度探测单元；用于输出主旋翼RPM作为主旋翼RPM信号的主旋翼RPM探测单元；以及用于基于偏航轴线角速度信号和主旋翼RPM信号探测翻滚轴线和俯仰轴线中的相位偏差，并且通过借助于相位偏差来修正翻滚和俯仰操作信号而产生翻滚和俯仰控制信号的相位控制单元。驱动控制器进一步包括用于基于翻滚和俯仰控制信号分别产生翻滚和俯仰致动器驱动信号，并且将所产生的翻滚和俯仰致动器驱动信号分别输出至翻滚和俯仰控制致动器的致动器控制单元。

Description

远程控制设备的驱动控制器

技术领域

本发明涉及远程控制设备的驱动控制器，并且尤其涉及适合于例如模型直升机、航空摄影直升机、喷洒农药直升机等的远程控制直升机的驱动控制器。

背景技术

例如模型直升机30等的远程控制直升机具有如图5所示的基本结构，并且执行对连接至机身的主旋翼31以及连接至尾部的尾旋翼32的驱动控制。

通过旋转主旋翼31，产生升力，并且控制模型直升机30的俯仰角以及上升、下降、向前、向后、向左、向右运动。此外，尾旋翼32抵消由主旋翼31的旋转所产生的反作用转矩，并且用于控制模型直升机30被水平旋转。

模型直升机30的机身围绕前后轴线(翻滚轴线)(roll axis)旋转，以沿左右方向驱动机身。机身围绕左右轴线(俯仰轴线)(pitch axis)旋转，以沿前后方向驱动机身。机身围绕竖直轴线(偏航轴线)(yaw axis)旋转，以在水平面上旋转地驱动机身。

图6为示出了主旋翼的控制系统的示意图。主旋翼31由圆形支撑轴46支撑。旋转斜盘(swash plate)40同心地设置于支撑轴线46上。旋转斜盘40包括上部盘状部件41和下部盘状部件52，并且具有滑动轴承结构，从而旋转斜盘40可以相对于支撑轴46运动。上部盘状部件41具有上部控制杆43，其以180°位于相反侧，并且分别连接至主旋翼45的左右俯仰角控制臂47，以便控制主旋翼45的俯仰角。此外，下部盘状部件42具有下部控制杆44a和44b，其彼此成90°布置，并且被分别连接至翻滚控制致动器48和俯仰控制致动器49。

从控制系统的视角来看，模型直升机的前后运动由俯仰控制致动器49控制。模型直升机的左右运动由翻滚控制致动器48控制。

此外，图6示出了集合俯仰的控制，以控制模型直升机的上升和下降运动。

考虑到根据物理力作用(功能)的模型直升机的驱动，如果沿左右方向移动(翻滚)模型直升机，当主旋翼处于图7B中所示的位置“A”时，改变主旋翼的两个旋翼桨叶的俯仰角。两个旋翼桨叶的俯仰角之间的差使得施加于模型直升机的升力变化。当由于主旋翼的旋转所产生的科里奥利力而使得相位延迟90度时，产生升力变化。也就是说，当主旋翼处于位置“B”处时，产生该升力的变化，并且控制模型直升机沿左右方向驱动。

此外，因为模型直升机不具有偏航轴线的自控稳定性，因此回转罗盘装置对于模型直升机的驱动控制的稳定性是必不可少的。如果没有回转罗盘，模型直升机的前部将水平摇摆。

为了实现模型直升机的稳定驱动控制，日本专利申请公开号H11-282502公开了用于改进偏航轴线角速度探测传感器的探测精度的技术，因此增加了偏航控制的精度。

在模型直升机的控制中，围绕偏航轴线以高速旋转模型直升机的主体的控制称之为“原地旋转”。当控制主体围绕偏航轴线旋转或原地旋转时，在与翻滚操作或俯仰操作相关的科里奥利力中发生偏差。该偏差根据模型直升机的偏航轴线角速度(原地旋转的角速度)和主旋翼的转速(RPM)之间的关系而变化。

例如，参照图7A，如果当主旋翼的旋转方向s’与原地旋转方向p’相同时进行翻滚操作，则当主旋翼处于位置“A”时，因为通过原地旋转而转动模型直升机，所以翻滚操作需要被真实地反映。然而，当主旋翼处于位置“A’”时，真实地反映翻滚操作，由此，翻滚和俯仰操作偏离操作者所预想的。

结果是，如果当模型直升机围绕偏航轴线旋转时进行翻滚和俯仰操作，则沿翻滚轴线和俯仰轴线发生相位偏差，从而翻滚和俯仰操作偏离操作者所预想的。

发明内容

据此，本发明提供一种驱动控制器，其能够通过修正翻滚轴线和俯仰轴线的相位偏差来实现翻滚和俯仰控制，从而甚至当例如模型直升机等的远程控制直升机围绕偏航轴线旋转时，可以正确地执行翻滚和俯仰操作。

根据本发明的一方面，提供一种远程控制设备的驱动控制器，包括偏航轴线角速度探测单元，其用于输出偏航轴线角速度作为偏航轴线角速度信号；主旋翼RPM探测单元，其用于输出主旋翼RPM作为主旋翼RPM信号；相位控制单元，其用于基于偏航轴线角速度信号和主旋翼RPM信号探测翻滚轴线和俯仰轴线中的相位偏差，并且通过借助于该相位偏差来修正翻滚操作信号和俯仰操作信号而产生翻滚控制信号和俯仰控制信号；以及致动器控制单元，其用于基于由相位控制单元产生的翻滚控制信号和俯仰控制信号分别产生翻滚致动器驱动信号和俯仰致动器驱动信号，并且将产生的翻滚和俯仰致动器驱动信号分别输出至翻滚控制致动器和俯仰控制致动器。

相位控制单元可以包括用于探测翻滚操作信号的翻滚操作信号探测单元；用于探测俯仰操作信号的俯仰操作信号探测单元；相位角计算单元，其用于基于偏航轴线角速度信号和主旋翼RPM信号计算相位偏差信号，相位偏差信号表示翻滚轴线和俯仰轴线中的相位偏差；以及受控制的变量计算单元，其用于基于翻滚操作信号、俯仰操作信号以及相位偏差信号来计算翻滚操作量和俯仰操作量，并且输出计算的量作为翻滚控制信号和俯仰控制信号。

驱动控制器可以进一步包括：翻滚轴线角速度探测单元，其用于探测翻滚轴线的角速度，并且输出探测的角速度作为翻滚轴线角速度信号；以及俯仰轴线角速度探测单元，其用于探测俯仰轴线的角速度，并且输出探测的角速度作为俯仰轴线角速度信号，其中，翻滚操作信号探测单元将翻滚轴线角速度信号增加至翻滚操作信号，并且俯仰操作信号探测单元将俯仰轴线角速度信号增加至俯仰操作信号。

根据本发明的一个方面，当模型直升机围绕偏航轴线旋转时可以实现正确的翻滚和俯仰操作。此外，考虑到翻滚轴线角速度和俯仰轴线角速度，可以实现更加精确和稳定的控制。

附图说明

结合附图，从以下的实施例描述中，本发明的目标和特征将变得明显，其中：

图1为示出了根据本发明的第一实施例的驱动控制器的配置的方块图；

图2为示出了根据本发明的第一实施例的相位控制单元的配置的方块图；

图3A和3B为示出了根据本发明的第二实施例的驱动控制器的配置的方块图；

图4A和4B为示出了当翻滚轴线和俯仰轴线的相位偏差时，受控制的变量的示意图；

图5示出了模型直升机的主体和控制轴线；

图6为示出了模型直升机的主旋翼的控制系统的示意图；以及

图7A和7B为示出了当执行原地旋转时，翻滚轴线和俯仰轴线的相位偏差的示意图。

具体实施方式

(第一实施例)

现将参照图1和2描述根据本发明的第一实施例的驱动控制器。图1为示出了根据第一实施例的驱动控制器1的配置的方块图。

驱动控制器1包括偏航轴线角速度探测单元3；主旋翼RPM探测单元4；相位控制单元5；以及致动器控制单元6。接收器2接收来自发射器(未示出)的无线电波，并且将其解调为操作信号，将同一操作信号输入至相位控制单元5。

偏航轴线角速度探测单元3包括偏航轴线角速度探测传感器，该传感器探测例如模型直升机的偏航轴线角速度，并且将探测的结果作为偏航轴线角速度信号输出至相位控制单元5。

主旋翼RPM探测单元4包括主旋翼RPM计数器，其探测主旋翼的RPM，并且将探测的结果作为主旋翼RPM信号输出至相位控制单元5。主旋翼RPM探测单元4可以配置成识别由操作者作为探测的值设置的主旋翼RPM，并且将识别的结果作为主旋翼RPM信号输出至相位控制单元5。

基于偏航轴线角速度信号和主旋翼RPM信号，相位控制单元5计算相位偏差，该相位偏差相应于由于模型直升机围绕偏航轴线的旋转而产生的翻滚轴线和俯仰轴线每个中的相位移动。随后，基于计算的相位偏差而修正其后将描述的翻滚操作信号和俯仰操作信号。将由修正产生的翻滚控制信号和俯仰控制信号输出至致动器控制单元6。

致动器控制单元6基于翻滚控制信号产生相应于翻滚控制致动器的驱动信号，并且将其输出至翻滚控制致动器7。随后，借助于驱动旋转斜盘(未示出)通过翻滚控制致动器7来控制模型直升机的翻滚操作。

这对于俯仰控制信号来说也是正确的，从而通过俯仰控制致动器8控制模型直升机的俯仰操作。

图2为示出了相位控制单元5的配置的方块图。相位控制单元5包括翻滚操作信号探测单元9、俯仰操作信号探测单元10、相位角计算单元11以及受控制的变量计算单元12。

翻滚操作信号探测单元9从通过接收器输入的操作信号提取翻滚操作信号，并且将其输出至受控制的变量计算单元12。俯仰操作信号探测单元10从通过接收器输入的操作信号提取俯仰操作信号，并且将其输出至受控制的变量计算单元12。

相位角计算单元11基于从偏航轴线角速度探测单元3输入的偏航轴线角速度信号以及从主旋翼RPM探测单元4输入的主旋翼RPM信号，通过计算由于模型直升机围绕偏航轴线的旋转产生的翻滚轴线和俯仰轴线每个中的相位偏差而产生相位偏差信号。将相位偏差信号输入至受控制的变量计算单元12，以修正翻滚操作信号和俯仰操作信号。受控制的变量计算单元12将修正的翻滚控制信号和俯仰控制信号输出至致动器控制单元6。

将参照图4A和4B详细描述翻滚操作信号和俯仰操作信号的修正。在图4A和4B中，圆的半径表示操作的大小。

在模型直升机中，顺时针方向原地旋转，假定角速度为“p(度/秒)”，并且主旋翼的转数为“s(rpm)”。此处，通过使用以下等式1获得旋转主旋翼90度(四分之一转)所需的时间“r(秒)”。

(等式1)

r＝(60/s)×(1/4)

通过使用以下等式2而获得由原地旋转时间r(秒)而产生的翻滚轴线和俯仰轴线的相位偏差Φ(度)。

(等式2)

Φ＝p×r

在等式1和2中，假定顺时针方向为正向，逆时针方向为逆向。在该情况中，原地旋转方向和主旋翼旋转方向可以通过将沿顺时针方向的相位偏差限定为正极，并且将沿逆时针方向的相位偏差限定为负极而归一化(normalized)。

在主旋翼的实际控制中反映相位偏差Φ(度)。假定翻滚操作量为“AL”，俯仰操作量为“EL”，当产生相位偏差Φ(度)时，通过使用以下等式3的矢量计算而获得翻滚操作量AL’和俯仰操作量EL’。

(等式3)

AL’＝AL×cosΦ+EL×sinΦ

EL’＝EL×cosΦ-AL×sinΦ

通过分别将翻滚操作量AL’和俯仰操作量EL’应用于翻滚控制致动器7和俯仰控制致动器8，甚至当模型直升机围绕偏航轴线旋转时，也可以实现使用翻滚轴线和俯仰轴线作为中心的修正，从而可以实现正确的翻滚和俯仰操作。

尽管在图4A中假定翻滚操作量AL等于俯仰操作量EL，即使翻滚操作量AL实际上不同于俯仰操作量EL，也可以建立等式3的关系，如图4B中所示。

(第二实施例)

将参照图3A和3B描述根据本发明的第二实施例的驱动控制器。

在根据第二实施例的驱动控制器1’中，与第一实施例中的构件相同的构件由相同的附图标记表示，并且因此，将省略其多余的说明，仅描述那些与第一实施例中不同的构件。

除了偏航轴线角速度探测单元3之外，驱动控制器1’还包括翻滚轴线角速度探测单元13和俯仰轴线角速度探测单元14。

翻滚轴线角速度探测单元13包括翻滚轴线角速度传感器，该翻滚轴线角速度传感器探测模型直升机的翻滚轴线角速度并且将其作为翻滚轴线角速度信号输出至翻滚操作信号探测单元9’。翻滚操作信号探测单元9’将翻滚轴线角速度信号增加至翻滚操作信号，并且将因此获得的合成信号输出至受控制的变量计算单元12’。

类似地，俯仰轴线角速度探测单元14包括俯仰轴线角速度传感器，该俯仰轴线角速度传感器探测模型直升机的俯仰轴线角速度并且将其作为俯仰轴线角速度信号输出至俯仰操作信号探测单元10’。俯仰操作信号探测单元10’将俯仰轴线角速度信号增加至俯仰操作信号，并且将因此获得的合成信号输出至受控制的变量计算单元12’。

在第二实施例中，在翻滚操作量和俯仰操作量中分别反映翻滚轴线角速度信号和俯仰轴线角速度信号。因此，可以利用更高精度来修正相位偏差来稳定驱动控制。

此外，还可能通过将由于模型直升机围绕偏航轴线的旋转而产生的翻滚轴线和俯仰轴线每个中的相位偏差反映于翻滚轴线角速度信号和俯仰轴线角速度信号而实现更稳定的控制。

尽管已经参照实施例示例并且描述了本发明，但本领域技术人员应该理解的是，在不脱离如以下权利要求中限定的本发明的范围的情况下可以作出各种变化和修改。

Claims (3)

1.一种远程控制设备的驱动控制器，包括：

偏航轴线角速度探测单元，其用于输出偏航轴线角速度作为偏航轴线角速度信号；

主旋翼RPM探测单元，其用于输出主旋翼RPM作为主旋翼RPM信号；

相位控制单元，其用于基于该偏航轴线角速度信号和该主旋翼RPM信号探测翻滚轴线和俯仰轴线中的相位偏差，并且通过借助于该相位偏差来修正翻滚操作信号和俯仰操作信号而产生翻滚控制信号和俯仰控制信号；以及

致动器控制单元，其用于基于由相位控制单元产生的该翻滚控制信号和该俯仰控制信号分别产生翻滚致动器驱动信号和俯仰致动器驱动信号，并且将产生的翻滚和俯仰致动器驱动信号分别输出至翻滚控制致动器和俯仰控制致动器。

2.根据权利要求1所述的驱动控制器，其中，该相位控制单元包括：

翻滚操作信号探测单元，其用于探测该翻滚操作信号；

俯仰操作信号探测单元，其用于探测该俯仰操作信号；

相位角计算单元，其用于基于该偏航轴线角速度信号和该主旋翼RPM信号计算相位偏差信号，该相位偏差信号表示该翻滚轴线和该俯仰轴线中的该相位偏差；以及

受控制的变量计算单元，用于基于该翻滚操作信号、该俯仰操作信号和该相位偏差信号计算翻滚操作量和俯仰操作量，并且输出计算的量作为该翻滚控制信号和该俯仰控制信号。

3.根据权利要求2所述的驱动控制器，进一步包括：

翻滚轴线角速度探测单元，用于探测该翻滚轴线的角速度，并且输出该探测的角速度作为翻滚轴线角速度信号；以及

俯仰轴线角速度探测单元，用于探测该俯仰轴线的角速度，并且输出该探测的角速度作为俯仰轴线角速度信号，

其中，该翻滚操作信号探测单元将该翻滚轴线角速度信号增加至该翻滚操作信号，并且该俯仰操作信号探测单元将该俯仰轴线角速度信号增加至该俯仰操作信号。