CN104579027A - 一种深度冗余的集成式三余度机电伺服机构 - Google Patents

Abstract

本发明属于机电伺服机构，具体公开一种深度冗余的集成式三余度机电伺服机构，该机构包括三余度伺服控制器、三余度作动器、负载和三余度电位计，三余度伺服控制器的信号输入端与三余度作动器的输入端连接，三余度作动器的一个输出端与负载的输入端连接，三余度作动器的另一个输出端与三余度电位计的输入端连接，三余度电位计的反馈输出端与三余度伺服控制器的反馈输入端连接；控制信号输入到三余度伺服控制器，三余度伺服控制器将控制信号转换为电机三相电流信号，电机带动三余度作动器工作，三余度作动器带动负载偏转，三余度电位计采集负载偏转信号反馈给三余度伺服控制器。该机构能够显著提高飞行器二级伺服机构的维护性能和可靠性。

Description

一种深度冗余的集成式三余度机电伺服机构

技术领域

本发明属于机电伺服机构，具体涉及一种用于飞行器伺服控制的机电伺服机构。 

背景技术

目前现有的飞行器二级伺服机构维护困难、渗漏油问题比较严重；所采用的有刷直流电机需要定期进行碳粉吹除工作，维护不方便，在高真空度下工作时容易出现打火花现象也为产品安全带来隐患。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种深度冗余的集成式三余度机电伺服机构，该机构能够显著提高飞行器二级伺服机构的维护性能和可靠性。 

实现本发明目的的技术方案：一种深度冗余的集成式三余度机电伺服机构，该机构包括三余度伺服控制器、三余度作动器、负载和三余度电位计，三余度伺服控制器的信号输入端与三余度作动器的输入端连接，三余度作动器的一个输出端与负载的输入端连接，三余度作动器的另一个输出端与三余度电位计的输入端连接，三余度电位计的反馈输出端与三余度伺服控制器的反馈输入端连接；控制信号输入到三余度伺服控制器，三余度伺服控制器将控制信号转换为三相电流信号，三相电流信号驱动三余度作动器工作，三余度作动器驱动负载摆动，三余度电位计采集负载摆角信号反馈给三余度伺服控制器。 

所述的三余度伺服控制器包括第一控制器、第二控制器、第三控制器、第一驱动器、第二驱动器、第三驱动器，第一控制器的输出端与第一驱动器的输入端连通，第二控制器的输出端与第二驱动器的输入端连通，第三控制器的输出端与第三驱动器的输入端连通，第一驱动器、第二驱动器、第三驱动器均与三余度作动器的输入端连通，第一控制器、第二控制器、第三控制器分别将控制信号转换为三路PWM信号，三路PWM信号控制分别第一驱动器、第二驱动器、第三驱动器产生三相电流信号。 

所述的三余度作动器包括第一电机、第二电机、第三电机、齿轮减速器、丝杠、作动杆、第一曲柄滑块机构，齿轮减速器由位于中心的大齿轮和与大齿轮齿轮啮合的三个小齿轮组成；第一电机的输入端与第一驱动器输出端连通， 第一电机的输出轴与第一小齿轮啮合；第二电机的输入端与第二驱动器输出端连通，第二电机的输出轴与第二小齿轮啮合；第三电机的输入端与第三驱动器输出端连通，第三电机的输出轴与第三小齿轮啮合；大齿轮与丝杠的输入端连接，丝杠输出端外套有作动杆；作动杆的一端与负载连接，作动杆的另一端与三余度电位计连接；三路三相电流信号分别驱动第一电机、第二电机、第三电机转动，第一电机、第二电机、第三电机的输出轴转动从而分别带动三个小齿轮转动，小齿轮带动大齿轮转动，大齿轮带动丝杠转动，丝杠转动带动作动杆沿丝杠轴向往复直线运动；作动杆的一端带动负载摆动； 

所述的负载包括第二曲柄滑块机构和喷管，第二曲柄滑块机构的一端与作动杆滑动连接；第二曲柄滑块机构的另一端与喷管连接；作动杆带动第二曲柄滑块机构摆动，从而带动喷管摆动。 

所述的三余度电位计采集第二曲柄滑块机构摆动电压信号，该电压信号反馈给第一控制器、第二控制器、第三控制器，当该电压信号所代表的反馈摆角信号与指令摆角信号的电压相同时，喷管角度摆动到位，该机电伺服机构停止工作。 

本发明的有益技术效果在于：本发明采用DSP技术对反馈位移传感器实行三选二表决机制，控制器、驱动器和电机彼此独立工作，在故障时，由DSP控制器判断并采取必要的措施，防止机电伺服机构的误动作。采用三冗余传感器，并采用三路独立的二次电源模块供电，彻底达到反馈采集单元的深度冗余。采用三个独立的电机驱动器驱动三个独立的无刷直流电机，将冗余深度拓展到驱动控制层面。采用由齿轮减速器、丝杠、作动杆、第一曲柄滑块机构构成的高刚度、小间隙的传动机构，实现三电机高稳定、高精度控制和协调工作。 

附图说明

图1为本发明所提供的一种深度冗余的集成式三余度机电伺服机构的系统组成框图； 

图2为本发明所提供的一种深度冗余的集成式三余度机电伺服机构的结构示意图。 

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。 

如图1所示，本发明所提供的一种深度冗余的集成式三余度机电伺服机构， 包括三余度伺服控制器1、三余度作动器2、负载3和三余度电位计4。 

如图1所示，三余度伺服控制器1包括第一控制器101、第二控制器102、第三控制器103、第一驱动器104、第二驱动器105、第三驱动器106。第一控制器101、第二控制器102、第三控制器103并联。第一控制器101的控制信号输入端输入第一路角度摆动控制信号，第一控制器101的输出端与第一驱动器104的输入端连通。第二控制器102的控制信号输入端输入第二路角度摆动控制信号，第二控制器102的输出端与第二驱动器105的输入端连通。第三控制器103的控制信号输入端输入第三路角度摆动控制信号，第三控制器103的输出端与第三驱动器106的输入端连通。第一控制器101、第二控制器102、第三控制器103均为DSP控制器。 

如图1和图2所示，三余度作动器2包括第一电机201、第二电机202、第三电机203、齿轮减速器204、丝杠205、作动杆206、第一曲柄滑块机构207。齿轮减速器204由位于中心的一个大齿轮204A和与大齿轮204A齿轮啮合的三个小齿轮204B组成，三个小齿轮204B沿大齿轮204A的周向均匀分布。第一电机201的输入端与第一驱动器104输出端连通，第一电机201的输出齿轮轴与齿轮减速器204的第一个小齿轮204B齿轮啮合。第二电机202的输入端与第二驱动器105输出端连通，第二电机202的输出齿轮轴与齿轮减速器204的第二个小齿轮204B齿轮啮合。第三电机203的输入端与第三驱动器106输出端连通，第三电机203的输出齿轮轴与齿轮减速器204的第三个小齿轮204B齿轮啮合。齿轮减速器204的中心大齿轮204A与丝杠205的输入端之间通过花键连接。丝杠205输出端外套有作动杆206，且两者之间通过螺纹连接。第一电机201、第二电机202、第三电机203均为无刷直流电机。 

如图1和图2所示，作动杆206的一端与第一曲柄滑块机构207连接，第一曲柄滑块机构207的曲柄一端通过螺栓固定连接滑块，该滑块嵌在作动杆206的滑轨内、滑块能在滑轨内相对滑动；第一曲柄滑块机构207的曲柄另一端与喷管302的输入端通过销轴固定连接，第一曲柄滑块机构207的输出端通过螺栓固定连接有三余度电位计4。三余度电位计4为三余度传感器。三余度电位计4的三个反馈输出端分别与三余度伺服控制器1的第一控制器101的反馈信号输入端、第二控制器102的反馈信号输入端、第三控制器103的反馈信号输入端连通。 

如图1和图2所示，负载3包括第二曲柄滑块机构301和喷管302。第二曲柄滑块机构301的曲柄一端通过螺栓固定连接滑块，该滑块嵌在作动杆206的滑轨内、滑块能在滑轨内相对滑动；第二曲柄滑块机构301的曲柄另一端与喷管302的入口通过销轴固定连接。 

本发明所提供的一种深度冗余的集成式三余度机电伺服机构的工作原理：喷管302的角度摆动控制信号输入到三路控制器，三路控制器将指令摆角信号转换为控制驱动器功率器件开关的PWM信号，驱动器通过功率器件的开关驱动三路电机工作，同时三路电源分别给三路电机供电。三路电机的输出轴转动从而带动齿轮减速器204转动，齿轮减速器带动丝杠205转动，丝杠205转动带动作动杆206沿丝杠205轴向往复直线运动。作动杆206的一端带动第二曲柄滑块机构301摆动，第二曲柄滑块机构301摆动角度θ，第二曲柄滑块机构301的摆动带动喷管302的摆动。作动杆206的另一端带动第一曲柄滑块机构207摆动角度θ，三余度电位计4采集第一曲柄滑块机构207的摆动角度θ的电压信号，该电压信号反馈给三路控制器，当该电压信号与角度摆动控制信号的电压相同时，即喷管302角度摆动到位，此时该三路驱动器停止工作，即该机电伺服机构停止工作。 

当该机电伺服机构无故障时，三个通道同时工作，通过齿轮减速器204、丝杠205、第二曲柄滑块机构301最终带动发动机喷管302摆动；某一通道单独出现故障时，通过余度管理措施将故障通道隔离，其他两通道继续带动发动机喷管302摆动。两通道同时出现故障时，仍可由最后一个通道带动发动机喷管303工作。 

上面结合附图和实施例对本发明作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。本发明中未作详细描述的内容均可以采用现有技术。 

Claims (5)

1.一种深度冗余的集成式三余度机电伺服机构，其特征在于：该机构包括三余度伺服控制器（1）、三余度作动器（2）、负载（3）和三余度电位计（4），三余度伺服控制器（1）的信号输入端与三余度作动器（2）的输入端连接，三余度作动器（2）的一个输出端与负载（3）的输入端连接，三余度作动器（2）的另一个输出端与三余度电位计（4）的输入端连接，三余度电位计（4）的反馈输出端与三余度伺服控制器（1）的反馈输入端连接；控制信号输入到三余度伺服控制器（1），三余度伺服控制器（1）将控制信号转换为三相电流信号，三相电流信号驱动三余度作动器（2）工作，三余度作动器（2）驱动负载（3）摆动，三余度电位计（4）采集负载（3）摆角信号反馈给三余度伺服控制器（1）。

2.根据权利要求1所述的一种深度冗余的集成式三余度机电伺服机构，其特征在于：所述的三余度伺服控制器（1）包括第一控制器（101）、第二控制器（102）、第三控制器（103）、第一驱动器（104）、第二驱动器（105）、第三驱动器（106），第一控制器（101）的输出端与第一驱动器（104）的输入端连通，第二控制器（102）的输出端与第二驱动器（105）的输入端连通，第三控制器（103）的输出端与第三驱动器（106）的输入端连通，第一驱动器（104）、第二驱动器（105）、第三驱动器（106）均与三余度作动器（2）的输入端连通，第一控制器（101）、第二控制器（102）、第三控制器（103）分别将控制信号转换为三路PWM信号，三路PWM信号控制分别第一驱动器（104）、第二驱动器（105）、第三驱动器（106）产生三相电流信号。

3.根据权利要求2所述的一种深度冗余的集成式三余度机电伺服机构，其特征在于：所述的三余度作动器（2）包括第一电机（201）、第二电机（202）、第三电机（203）、齿轮减速器（204）、丝杠（205）、作动杆（206）、第一曲柄滑块机构（207），齿轮减速器（204）由位于中心的大齿轮（204A）和与大齿轮（204A）齿轮啮合的三个小齿轮（204B）组成；第一电机（201）的输入端与第一驱动器（104）输出端连通，第一电机（201）的输出轴与第一小齿轮（204B）啮合；第二电机（202）的输入端与第二驱动器（105）输出端连通，第二电机（202）的输出轴与第二小齿轮（204B）啮合；第三电机（203）的输入端与第三驱动器（106）输出端连通，第三电机（203）的输出轴与第三小齿轮（204B）啮合；大齿轮（204A）与丝杠（205）的输入端连接，丝杠（205）输出端外套有作动杆（206）；作动杆（206）的一端与负载（3）连接，作动杆（206）的另一端与三余度电位计（4）连接；三路三相电流信号分别驱动第一电机（201）、第二电机（202）、第三电机（203）转动，第一电机（201）、第二电机（202）、第三电机（203）的输出轴转动从而分别带动三个小齿轮（204B）转动，小齿轮（204B）带动大齿轮（204A）转动，大齿轮（204A）带动丝杠（205）转动，丝杠（205）转动带动作动杆（205）沿丝杠（205）轴向往复直线运动；作动杆（206）的一端带动负载（3）摆动。

4.根据权利要求2所述的一种深度冗余的集成式三余度机电伺服机构，其特征在于：所述的负载（3）包括第二曲柄滑块机构（301）和喷管（302），第二曲柄滑块机构（301）的一端与作动杆（206）滑动连接；第二曲柄滑块机构（301）的另一端与喷管（302）连接；作动杆（206）带动第二曲柄滑块机构（301）摆动，从而带动喷管（302）摆动。

5.根据权利要求4所述的一种深度冗余的集成式三余度机电伺服机构，其特征在于：所述的三余度电位计（4）采集第二曲柄滑块机构（301）摆动电压信号，该电压信号反馈给第一控制器（101）、第二控制器（102）、第三控制器（103），当该电压信号所代表的反馈摆角信号与指令摆角信号的电压相同时，喷管（302）角度摆动到位，该机电伺服机构停止工作。