CN106494629A - 一种双涵道电动升力风扇水平稳定自动控制器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双涵道升力风扇水平稳定自动控制器，通过哑铃状布置的双涵道电动升力风扇动力系统提供飞行升力，通过控制两边涵道风扇电机的转速大小实现整个动力系统的水平姿态保持；一种双涵道升力风扇水平稳定自动控制器的电子系统通过水平传感器接收到涵道风扇动力系统的偏转角度信号后，输出自稳信号，通过电子调速器控制两个风扇电机转速大小提供水平稳定力矩，实现整个动力系统的水平姿态动态稳定。为提高水平稳定控制效率，采用中轴连接结构，使得水平稳定控制的转动惯量较小，方便控制，有利于实现涵道电动升力风扇动力系统的可靠稳定工作及相对独立的模块化设计、选用，促进涵道电动升力风扇动力系统在各类飞行器中的应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种自动控制器，具体为一种双涵道电动升力风扇水平稳定自动控制器。
背景技术
安全可靠、性能稳定、控制方便是各类飞行器用涵道升力风扇的基本要求，特别是升力系统的稳定可靠，但飞行器的以往各类飞行器用涵道升力风扇的设计和控制都跟飞行器高度耦合在一起，既增加了设计制造难度，又容易造成相互干扰，导致升力变化影响飞行稳定和安全；同时现有控制系统过多应用了软件控制，相比纯硬件控制易受干扰影响，其他系统受到干扰影响尚可，如升力系统受到影响干扰则会造成严重的安全问题；还有升力系统与其他系统集合设计制造，也制约了飞行器动力系统的单独模块化设计、制造和选用，增加了设计复杂性和成本。本发明提出一种通过纯硬件控制方式用于双涵道电动升力风扇水平稳定自动控制的独立控制系统，有利于保证飞行器升力系统稳定可靠工作，同时有利于升力系统的模块化设计使用，提高飞行器设计效率和经济性。
发明内容
本发明提出了一种双涵道升力风扇水平稳定自动控制器，通过哑铃状布置的双涵道电动升力风扇动力系统提供飞行升力，通过控制两边涵道风扇电机的转速大小实现整个动力系统的水平姿态保持（推进系统另行配置）。
本发明采用的技术方案如下：一种双涵道升力风扇水平稳定自动控制器，由梁连接结构和中轴连接结构组成；梁连接结构包括外形结构和电子系统结构，外形结构由第一电机、第一水平梁和第二电机组成，电子系统结构由第一电子调速器、第一控制系统、第二电子调速器和信号线组成；所述中轴连接结构包括外形结构和电子系统结构，外形结构由第三电机、中轴、第四电机、轴承、第二水平梁组成，电子系统结构由第三电子调速器、第二控制系统、第四电子调速器、信号线组成；所述第一控制系统和第二控制系统都包括水平传感器和控制器；其特征在于：
所述第一电机和第二电机通过第一水平梁连接，第一电子调速器、第一控制系统、第二电子调速器安装在第一水平梁上，第一电子调速器、第二电子调速器分别安装在第一电机和第二电机旁边，第一控制系统安装在第一水平梁中间位置，所述第一电机通过信号线连接第一电子调速器，第二电机通过信号线连接第二电子调速器，第一电子调速器和第二电子调速器通过信号线连接第一控制系统；
所述第三电机和第四电机通过第二水平梁连接，第二水平梁之间设置一个轴承，轴承中间安装一根中轴，第三电子调速器、第二控制系统、第四电子调速器安装在第二水平梁上，第三电子调速器、第四电子调速器分别安装在第三电机和第四电机旁边，第一控制系统安装在轴承旁边，所述第三电机通过信号线连接第三电子调速器，第四电机通过信号线连接第四电子调速器，第三电子调速器和第四电子调速器通过信号线连接第二控制系统。
本发明的原理是：双涵道升力风扇水平稳定自动控制器的电子控制系统通过水平传感器（如电子水平仪，电子陀螺仪等）接收到涵道风扇动力系统的偏转角度信号后，输出自稳信号，通过电子调速器控制两个风扇电机转速大小提供水平稳定力矩，实现整个动力系统的水平姿态动态稳定。本发明使得涵道升力风扇一同具有独立的水平稳定控制系统，纯硬件操作，控制简单，与总控制系统避免了耦合作用，可靠性高响应速度快，有利于飞行器升力系统模块化设计和选用并提高其控制可靠性。为提高水平稳定控制效率，采用转轴连接结构实现涵道升力风扇动力系统与飞行器主体的相联，使得水平稳定控制的转动惯量较小，方便控制，且安装灵活。通过上述独立的水平稳定控制和合理的连接结构设计，有利于实现涵道电动升力风扇动力系统的可靠稳定工作及相对独立的模块化设计、选用，促进涵道电动升力风扇动力系统在各类飞行器中的应用。
本发明的优点是：采用水平稳定自动控制器的涵道升力风扇动力系统具有独立的控制系统，纯硬件操作，控制简单，避免了与飞行器其他控制系统的相互耦合影响，可靠性高、稳定控制响应速度快。本发明中轴形式连接结构使得受控的升力风扇转动惯量较小，提高控制效率。采用水平稳定自动控制器的涵道升力风扇动力系统有利于进行独立模块化设计、制造和选用，有助于提高其在工程应用中的可靠性、经济性和便利性。
附图说明
图1是本发明梁连接结构的整体示意图。
图2是本发明梁连接结构的电子系统示意图。
图3是本发明梁连接结构的控制系统示意图。
图4是本发明梁连接结构的主视图。
图5是本发明梁连接结构的左视图。
图6是本发明梁连接结构的俯视图。
图7是本发明中轴连接结构的整体示意图。
图8是本发明中轴连接结构的控制系统示意图。
图9是本发明中轴连接结构的主视图。
图10是本发明中轴连接结构的左视图。
图11是本发明中轴连接结构的俯视图。
参照附图，本发明中梁连接结构包括外形结构1、第一电机11、第一水平梁12、第二电机13、电子系统结构2、第一电子调速器21、第一控制系统22、第二电子调速器23、信号线24。中轴连接结构包括外形结构3、第三电机31、中轴32、第四电机33、轴承34、第二水平梁35、电子系统结构4、第一电子调速器41、第二控制系统42、第二电子调速器43、信号线44。
具体实施方式
如图1-6所示，本发明是这样来工作和实施的，采用一种双涵道升力风扇水平稳定自动控制器，其中梁连接结构包括外形结构1、第一电机11、第一水平梁12、第二电机13、电子系统结构2、第一电子调速器21、第一控制系统22、第二电子调速器23、信号线24；其特征在于：所述外形结构1中第一电机11和第二电机13转动，使整体机构获得向上或向下的推力；当整体机构在水平方向有所倾斜时，电子系统结构2中第一控制系统22通过传感器接收水平结构偏转角度信号θ，输出信号i给第一电子调速器21和第二电子调速器23，通过第一电子调速器21控制第一电机11转速大小，第二电子调速器23控制第二电机13转速大小，实现整体机构在水平方向上的稳定；第一控制系统22由水平传感器、控制器、信号放大器组成。整体机构倾斜时偏转角度θ，水平传感器根据接收到偏转角度信号θ的大小和方向后，输出对应的电流信号给控制器。控制器通过接收的电流信号的信息得出恢复水平状态时需要的电机转速，输出一个恢复水平信号给信号放大器，信号放大器将信号传给电子调速器，通过控制电子调速器来实现对电机转速的控制；当整体机构向右偏转时，控制器接收传感器信号，输出一个恢复水平信号给信号放大器，信号放大器将信号传给电子调速器，通过调节第一电子调速器21控制第一电机11转速减小，调节第二电子调速器23控制第二电机13转速增大使得整体结构快速恢复水平状态。反之当整体机构向左偏转时，控制器接收传感器信号，输出一个恢复水平信号给信号放大器，信号放大器将信号传给电子调速器，通过调节第一电子调速器21控制第一电机11转速增大，调节第二电子调速器23控制第二电机13转速减小。
另外针对大型飞行器提高控制效率和响应问题，本发明还提出一种中轴连接结构，如图7-11所示，其中中轴连接结构包括外形结构3、第一电机31、中轴32、第二电机33、轴承34、第二水平梁35、电子系统结构4、第一电子调速器41、第二控制系统42、第二电子调速器43、信号线44组成；第二控制系统42由水平传感器、控制器、信号放大器组成。当整体机构向右偏转时，控制器接收传感器信号，判断信号的正负，输出一个恢复水平信号给信号放大器，信号放大器将信号传给电子调速器，通过调节第一电子调速器41控制第一电机31转速减小，调节第二电子调速器43控制第二电机33转速增大，两电机产生弯矩带动第二水平梁35通过轴承34在中轴32上转动，其中中轴32固定，使得整体结构快速恢复水平状态。反之当整体机构向左偏转时，控制器接收传感器信号，判断信号的正负，输出一个恢复水平信号给信号放大器，信号放大器将信号传给电子调速器，通过调节第一电子调速器41控制第一电机31转速增大，调节第二电子调速器43控制第二电机33转速减小。
Claims (3)
1.一种双涵道升力风扇水平稳定自动控制器，分为梁连接结构和中轴连接结构两种，梁连接结构包括外形结构和电子系统结构，外形结构由第一电机、第一水平梁和第二电机组成，电子系统结构由第一电子调速器、第一控制系统、第二电子调速器和信号线组成，第一控制系统由水平传感器、控制器、信号放大器组成；其特征在于：所述第一电机和第二电机通过第一水平梁连接，第一电子调速器、第一控制系统、第二电子调速器安装在第一水平梁上，第一电子调速器、第二电子调速器分别安装在第一电机和第二电机旁边，第一控制系统安装在水平梁中间位置，所述第一电机通过信号线连接第一电子调速器，第二电机通过信号线连接第二电子调速器，第一电子调速器和第二电子调速器通过信号线连接第一控制系统；
中轴连接结构除外形结构与梁结构不同外，其电子系统结构与梁连接结构一样，所述中轴连接结构包括外形结构和电子系统结构，外形结构由第三电机、中轴、第四电机、轴承、第二水平梁组成，电子系统结构由第三电子调速器、第二控制系统、第四电子调速器、信号线组成；所述第二控制系统与梁连接结构的第一控制系统一样，都由水平传感器、控制器、信号放大器组成；所述第三电机和第四电机通过第二水平梁连接，第二水平梁之间设置一个轴承，轴承中间安装一根中轴，中轴是固定的，第二水平梁可以通过轴承在中轴上转动；第三电子调速器、第二控制系统、第四电子调速器安装在第二水平梁上，第三电子调速器、第四电子调速器分别安装在第三电机和第四电机旁边，第二控制系统安装在轴承旁边的第二水平梁上，所述第三电机通过信号线连接第三电子调速器，第四电机通过信号线连接第四电子调速器，第三电子调速器和第四电子调速器通过信号线连接第二控制系统。
2.根据权利要求1所述的一种双涵道升力风扇水平稳定自动控制器，其特征在于：该自动稳定控制器电子系统由电子调速器、水平传感器、信号转换放大器、信号线组成；外形结构由电机、水平梁组成，电子系统安装在外形结构上，当整体机构在水平方向有所倾斜时，控制系统通过传感器接收水平结构偏转角度信号θ，输出信号i给调速器，通过调速器控制电机转速大小，实现整体机构在水平方向上的稳定；控制系统由水平传感器、控制器、信号放大器组成；整体机构倾斜时偏转角度θ，水平传感器根据接收到偏转角度信号θ的大小和方向后，输出对应的电流信号给控制器，控制器通过接收的电流信号的信息得出恢复水平状态时需要的电机转速，通过控制电子调速器来实现对电机转速的控制；当整体机构向右偏转时，控制器接收传感器信号，判断信号的正负，输出一个恢复水平信号给信号放大器，信号放大器将信号传给电子调速器，通过调节左边电子调速器控制左边电机转速减小，调节右边调速器控制右边电机转速增大使得整体结构快速恢复水平状态；反之当整体机构向左偏转时，控制器接收传感器信号，判断信号的正负，输出一个恢复水平信号给信号放大器，信号放大器将信号传给电子调速器，通过调节左边调速器控制左边电机转速增大，调节右边电子调速器控制右边电机转速减小。
3.根据权利要求1所述的一种双涵道升力风扇水平稳定自动控制器，其特征在于：动力系统的水平姿态稳定控制自己独立，不需要其他另外的控制系统进行控制，本发明可作为一个拥有水平状态稳定提供竖直方向力的机构安装在其他需要提供升力的机器上模块化使用，不需要此机器的控制系统对其进行控制。
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