CN110687924B - 一种大中型无人机襟翼控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及飞行器控制领域，公开了一种大中型无人机襟翼控制系统。包括逻辑控制单元、机械执行单元。所述逻辑控制单元能够实现大型无人机襟翼多角度偏转和极性控制，并能对三个选择通道的运动和静止状态全程实时监控；所述机械执行单元实现电能转化为动能，采用襟翼电机驱动滚珠丝杠机构带动大中型无人机襟翼偏转，通过精准的襟翼位置限制电门组件控制襟翼电机断电，滚珠丝杠自锁，实现特定偏转角度。另外还可以设置位置检测单元，将襟翼偏转角度转化为电信号并反馈至飞行控制系统。本发明采用特定自动控制方式，并结合高可靠性的传统电气组件和机械结构，实现了大中型无人机多角度襟翼偏转的自动控制和监测，提高自动化能力，增强飞行安全。

Description

一种大中型无人机襟翼控制系统

技术领域

本发明涉及飞行器控制技术领域，特别是一种大中型无人机襟翼控制系统。

背景技术

襟翼设计主要用于飞机的增升控制，在滑跑、起飞、着陆等阶段参与控制，可以达到缩短滑跑距离、增加飞机升力等目的。

在当前无人机襟翼设计领域，普遍采用电动舵机直接驱动襟翼面控制方式。该方法可靠性低、无法检测襟翼位置，且受电动舵机输出力或力矩限制，仅适用于小型无人机。

在有人客机襟翼控制中，空客飞机采用双液压马达动力驱动方式，波音飞机采用主液备电的驱动方式。由此可见，针对大中型飞行器，不能简单的借用电传思想直接驱动电动舵机实现襟翼偏转。且在大中型无人机襟翼控制方式设计领域中，缺乏可靠性高，更安全的襟翼控制方式。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供了一种大中型无人机襟翼控制系统。

本发明采用的技术方案如下：一种大中型无人机襟翼控制系统，包括：逻辑控制单元、机械执行单元；

所述逻辑控制单元包含飞行控制与管理计算机1、负载监控单元、微电门一级控制组件、二级控制继电器组和工作继电器组，所述飞行控制与管理计算机1接收飞行计划和遥控指令，制定控制指令，所述负载监控单元接收控制指令并处理解析得到动作指令，所述一级控制控制组包括件针对不同偏转角度单独设置的控制通道以及极性控制单元，所述二级控制继电器组包括通断继电器和方向继电器，所述动作指令输入到选择的控制通道以及极性控制单元，所述控制通道导通该控制通道的通断继电器后连接到方向继电器，所述极性控制单元连接方向继电器，方向继电器输出方向和角度信号给工作继电器组来控制机械执行单元的襟翼电机；

所述机械执行单元包括襟翼电机、机械传动结构、滚珠丝杆，所述电机根据方向和角度信号控制机械传动结构，所述机械转动结构通过滚珠丝杆带动左/右襟翼面作动；

进一步的，所述大中型无人机襟翼控制系统还包括位置检测装置，所述位置检测装置采集襟翼偏转角度并转化为电信号，将电信号输入给飞行控制与管理计算机2，再通过无人机链路系统传输至地面站。

进一步的，所述位置检测装置包含机载电源、滑动变阻器、分压电阻以及飞行控制与管理计算机2，所述机载电源、滑动变阻器、分压电阻组成闭合的串联电路，所述滑动变阻器的滑臂与襟翼电机机械连接，滑动变阻器阻值变化并转化成电压信号传输给飞行控制与管理计算机2，飞行控制与管理计算机2将采集到电压信号解算成襟翼位置。

进一步的，所述机械传动结构包括传动链条、传动轴、左减速齿轮箱、右减速齿轮箱、左螺旋作动器、右螺旋作动器、左襟翼作动叉、右襟翼作动叉，电机连接所述传动链条，传动链条连接传动轴，所述传动轴控制左减速齿轮箱和右减速齿轮箱在不同的方向转动不同程度，所述左减速齿轮箱依次控制左螺旋作动器、左襟翼作动叉进而带动左襟翼偏转，所述右减速齿轮箱依次控制右螺旋作动器、右襟翼作动叉进而带动右襟翼偏转。

进一步的，所述负载监控单元包括接口单元、数据处理单元、监控单元和配电中心，所述接口单元接收飞行控制与管理计算机1的控制指令，所述接口单元依次连接数据处理单元、监控单元和配电中心；所述数据处理单元对控制指令进行处理获取驱动信号；所述监控单元通过实时监测微电门一级控制组件、二级控制继电器组的开关状态和通道状态来获取襟翼位置；所述配电中心为飞行控制与管理计算机1供电，以及为微电门一级控制组件中选择的控制通道和极性控制单元供电。

进一步的，所述控制指令通过地面控制站遥控产生或者通过飞行控制与管理计算机1根据飞行计划的飞行阶段和模式自动产生。进一步的，通过无人机链路实现地面站与无人机的双向通信。

与现有技术相比，采用上述技术方案的有益效果为：本发明采用多个逻辑通道，基于位置检测实现自动制定不同偏转角度的控制信号，来导通不同逻辑通道的自动获取控制方式，控制电机的不同转动形式来实现襟翼的不同偏转角度，上述方案采用了传统电气组件、机械结构，并结合了上述方案获取的自动控制方式，实现了大中型无人机多角度襟翼偏转的自动控制和监测，提高自动化能力，增强大中型无人机的飞行安全。上述方案具有结构简单，控制稳定，响应准确快速等优点；同时也能够实现多余度位置反馈，系统寿命长等优点。

附图说明

图1是本发明大中型无人机襟翼控制系统原理示意图。

图2是本发明逻辑控制单元的框架原理图。

图3是本发明大中型无人机襟翼控制系统的其中一个实施例示意图。

图4是本发明襟翼位置检测装置结构示意图。

图5是本发明机械执行部分结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述。

实施例1：

如图1所示，一种大中型无人机襟翼控制系统，包括：逻辑控制单元、机械执行单元；

逻辑控制单元:如图2所示，逻辑控制单元包含飞行控制与管理计算机1、负载监控单元、微电门一级控制组件、二级控制继电器组和工作继电器组，所述飞行控制与管理计算机1接收飞行计划和遥控指令，制定控制指令，所述负载监控单元接收控制指令并根据ICD协议处理解析得到供电通道动作指令，所述一级控制控制组包括件针对不同偏转角度(本实施例是三种偏置角度，如0°、20°、40°)单独设置的控制通道以及极性控制单元，通过上述动作指令可以导通电流至不同的控制通道，比如需要偏置20°就导通电流至20°对应的控制通道及极性控制单元，所述二级控制继电器组包括通断继电器和方向继电器，所述控制通道导通该控制通道的通断继电器后进而实现对应偏置角度的通断继电器导通，这样得到了角度信号，将角度信号连接到方向继电器，所述极性控制单元连接方向继电器得到需要偏置的方向信号，这里通断继电器完成襟翼电机多通道统一通断电的控制输出，方向继电器组完成电机换向控制输出；最终通过方向继电器输出方向和角度信号给工作继电器组来控制机械执行单元的襟翼电机；所述工作继电器组主要由正向工作继电器和反向工作继电器。正向工作继电器实现电能正向输入电机功能，电机正向旋转，反向工作继电器实现电能反向输入电机功能，电机反向旋转；工作继电器组完成最终电机正反供电，使大电流工作电子组件和小电流控制电子组件完全有效隔离。综上所述，上述逻辑控制单元能够实现大型无人机襟翼0°、20°、40°三个角度偏转和极性控制，并能对0°、20°、40°的三个选择通道的运动和静止状态全程实时监控；

机械执行单元:包括襟翼电机、机械传动结构、螺旋滚珠丝杆作动器，所述电机根据方向和角度信号控制机械传动结构，将电信号转化为动能，所述机械转动结构通过滚珠丝杆和襟翼作动叉带动左/右襟翼面作动；通过精准的襟翼位置限制电门组件控制襟翼电机断电，滚珠丝杠自锁，实现特定偏转角度。

如图3所示的其中一种具体实施方式：包括滚珠丝杆作动器，微电门一级控制组件(开关1、开关2、开关3、开关4)，二级控制继电器组(继电器1和继电器2)，负载监控单元；丝杆上套的襟翼滑块作动叉通过连杆和襟翼翼面连接，襟翼电机和丝杆机械连接，电机的电压连接在工作继电器组的双向继电器1和双向继电器2上。丝杆上有两个限位1和限位2，在限位1设置开关1，开关1默认状态闭合。开关2安装在限位处1和限位处2的中间位置处，开关3安装在限位2处，开关4安装在开关2和开关3之间。负载监控单元的0°动作指令输出连接到开关1的输入，开关1的输出连接到开关2的输出，负载监控单元的20°动作指令输出口分别连接到开关2的输入和开关4的输入。开关2的输出连接一个二极管后再连接到继电器1的开关输入处。开关4的输出连接一个二极管后连接到开关3处。开关3的输出连接一个二极管后再连接到继电器1，继电器1的输出连接到继电器2的开关输入处。负载监控单元的40°动作指令输出口连接一个二极管后分别连接到开关3的输入出和继电器2的切换档位接口处。继电器2的两个输出口分别连接到双向继电器1和双向继电器2的通断控制接口。双向继电器1和双向继电器2的输入端分别连接在电源和电源地上。襟翼电机的一根电源线分别连接到双向继电器1的正级电源输出口和双向继电器2的负级电源输出口，电机的另一根电源线分别连接到双向继电器1的负级电源输出口和双向继电器2的正级电源输出口。

上述具体实施结构中，所述微电门一级控制组件主要由通道选择微动电门组件(开关1、开关2、开关3)和极性控制微动电门组件(开关3、开关4)组成。通道选择微动电门组完成襟翼多角度偏转通道选择和偏转到位断电控制功能，到位断电控制通过微动电门组件的物理空间匹配位置决定。极性控制微动电门组件完成电机正反极性逻辑控制，极性逻辑控制由机械结构和微动电门空间位置决定。

实施例2：在实施例1的基础上，还设置了位置检测装置，所述位置检测装置采集襟翼偏转角度并转化为电信号，将电信号输入给飞行控制与管理计算机2，再通过无人机链路系统传输至地面站。

具体的，如图4所示，所述位置检测装置包含机载电源(12V DC)、滑动变阻器、分压电阻以及飞行控制与管理计算机2，所述机载电压与滑动变阻器、分压电阻组成闭合的串联电路，所述滑动变阻器的滑臂与襟翼电机机械连接，随着襟翼偏转，襟翼电机带动滑动变阻器阻值变化并转化成电压信号传输给飞行控制与管理计算机2，飞行控制与管理计算机2将采集到电压信号解算成襟翼位置达到二次直接检测襟翼位置的目的。其中所述12V的机载电源为飞行器二次电源，28V-12V DC-DC转换模块实现，与飞机主电源连接在一起，达到不断电目的；所述分压电阻实现分压限流作用。

优选地，在位置检测装置中，所述飞行控制与管理计算机2将采集到电压解算成襟翼位置，运动过程中，襟翼偏转角度通过位置检测装置转化为电信号，输入给飞行控制与管理计算机2，再通过无人机链路系统传输至地面站显示，验证襟翼偏转角度是否到位，达到整个飞行阶段实时监控作用达到二次直接检测襟翼位置的目的。

实施例3：在实施例1的基础之上，如图5所示，所述机械传动结构包括传动链条、传动轴、左减速齿轮箱、右减速齿轮箱、左螺旋作动器、右螺旋作动器、左襟翼作动叉、右襟翼作动叉，电机连接所述传动链条，传动链条连接传动轴，所述传动链可以按1：1比例带动传动轴旋转，所述传动轴控制左减速齿轮箱和右减速齿轮箱在不同的方向转动不同程度，所述左/右齿轮箱完成传动轴转速减速、换向和增大扭矩作用，使左/右螺旋作动器工作在合适往复速度，所述左/右螺旋作动器受齿轮箱驱动，带动左/右襟翼作动叉往复运动，并能安全自锁、使左/右襟翼在承受特定的气动载荷，所述襟翼作动叉带动左/右襟翼旋转，作动叉空间运动过程中通过精准的襟翼位置微动限制电门组件控制襟翼电机断电，实现特定角度偏转。所述襟翼包含机翼后缘左、右侧襟翼配置。

优选地，在上述实施例中，所述飞行控制与管理计算机1主要包含飞行管理功能模块、飞行控制功能模块和平台设备管理功能模块。飞行管理模块，根据预定飞行计划或遥控指令对飞行器飞行阶段和模式进行切换和管理，并输出航迹控制指令。飞行控制功能模块根据控制律解算航迹输入指令，输出设备控制指令。平台设备管理功能对设备控制指令处理以及运行控制，同时对与飞行控制与管理计算机1交联各设备的管理任务，例如平台设备管理功能与负责监控单元交联，平台设备管理功能将处理的控制指令发送给负责监控单元。

优选地，所述负载监控单元包括接口单元、数据处理单元、监控单元和配电中心，所述接口单元实现上位机通讯，接收飞行控制与管理计算机1的控制指令，所述接口单元依次连接数据处理单元、监控单元和配电中心；所述数据处理单元对控制指令进行处理获取驱动信号，驱动信号用于驱动负载(这里的负责包括微电门一级控制组件、二级控制继电器组)配电开关；所述监控单元通过实时监测微电门一级控制组件、二级控制继电器组的开关状态和通道状态来获取襟翼位置，达到一次间接检测襟翼位置的目的；同时监控单元还完成负载故障定位、过流保护和隔离等功能；配电中心具有多路直连负载和受固体功率控制器方式控制驱动配电，因此一方面完成飞行控制与管理计算机1的直连负载配电，另一方面实现微电门一级控制组件中电门组件和二级控制继电器组中继电器的开关控制供电。例如选择20°偏转的控制通道，则给20°偏转动作指令输出口供电，输出20°偏转的动作指令。

优选地，在上述实施例中，控制指令有两种产生方式：一方面，通过地面控制站遥控产生；另一方面，通过飞行控制与管理计算机1根据飞行计划的飞行阶段和模式自动产生。

优选地，在上述实施例中，所有指令控制、指令响应状态、开关状态、位置反馈信息等均通过无人机链路系统实现地面站和无人机的双向通信，满足地面站对无人机状态显示和实时监控的飞行安全要求。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。如果本领域技术人员，在不脱离本发明的精神所做的非实质性改变或改进，都应该属于本发明权利要求保护的范围。

Claims (7)

1.一种大中型无人机襟翼控制系统，其特征在于，包括：逻辑控制单元、机械执行单元；

所述逻辑控制单元包含飞行控制与管理计算机1、负载监控单元、微电门一级控制组件、二级控制继电器组和工作继电器组，所述飞行控制与管理计算机1接收飞行计划和遥控指令，制定控制指令，所述负载监控单元接收控制指令并处理解析得到动作指令，所述微电门一级控制组件包括 针对不同偏转角度单独设置的控制通道以及极性控制单元，所述二级控制继电器组包括通断继电器和方向继电器，所述动作指令输入到选择的控制通道以及极性控制单元，所述控制通道导通该控制通道的通断继电器后实现对应偏置角度的通断继电器导通，得到角度信号，将角度信号连接到方向继电器，所述极性控制单元连接方向继电器得到需要偏置的方向信号，通过方向继电器输出方向和角度信号给工作继电器组来控制机械执行单元的襟翼电机；

所述机械执行单元包括襟翼电机、机械传动结构、滚珠丝杆，所述电机根据方向和角度信号控制机械传动结构，所述机械转动结构通过滚珠丝杆带动左/右襟翼面作动；

所述大中型无人机襟翼控制系统还包括位置检测装置，所述位置检测装置采集襟翼偏转角度并转化为电信号，将电信号输入给飞行控制与管理计算机2，再通过无人机链路系统传输至地面站。

2.如权利要求1所述的大中型无人机襟翼控制系统，其特征在于，所述位置检测装置包含机载电源、滑动变阻器、分压电阻以及飞行控制与管理计算机2，所述机载电源、滑动变阻器、分压电阻组成闭合的串联电路，所述滑动变阻器的滑臂与襟翼电机机械连接，滑动变阻器阻值变化并转化成电压信号传输给飞行控制与管理计算机2，飞行控制与管理计算机2将采集到电压信号解算成襟翼位置。

3.如权利要求1所述的大中型无人机襟翼控制系统，其特征在于，所述机械传动结构包括传动链条、传动轴、左减速齿轮箱、右减速齿轮箱、左螺旋作动器、右螺旋作动器、左襟翼作动叉、右襟翼作动叉，电机连接所述传动链条，传动链条连接传动轴，所述传动轴控制左减速齿轮箱和右减速齿轮箱在不同的方向转动不同程度，所述左减速齿轮箱依次控制左螺旋作动器、左襟翼作动叉进而带动左襟翼偏转，所述右减速齿轮箱依次控制右螺旋作动器、右襟翼作动叉进而带动右襟翼偏转。

4.如权利要求1所述的大中型无人机襟翼控制系统，其特征在于，所述负载监控单元包括接口单元、数据处理单元、监控单元和配电中心，所述接口单元接收飞行控制与管理计算机1的控制指令，所述接口单元依次连接数据处理单元、监控单元和配电中心；所述数据处理单元对控制指令进行处理获取驱动信号；所述监控单元通过实时监测微电门一级控制组件、二级控制继电器组的开关状态和通道状态来获取襟翼位置；所述配电中心为飞行控制与管理计算机1供电，以及为微电门一级控制组件中选择的控制通道和极性控制单元供电。

5.如权利要求1所述的大中型无人机襟翼控制系统，其特征在于，所述控制指令由通过飞行控制与管理计算机1根据飞行计划的飞行阶段和模式自动产生。

6.如权利要求1所述的大中型无人机襟翼控制系统，其特征在于，所述遥控指令通过地面控制站遥控产生。

7.如权利要求6所述的大中型无人机襟翼控制系统，其特征在于，所述地面站与无人机通过无人机链路实现双向通信。

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