CN102495636B - 一种无人直升机主舵机*** - Google Patents
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Abstract
本发明一种无人直升机主舵机***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***精度高、功率大、控制方式先进、可靠性较高的特点。
Description
技术领域
本发明一种无人直升机主舵机***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***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***,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***是采取以下技术方案实现:
无人直升机主舵机***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***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***优点:
一种无人直升机主舵机***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***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***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。
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。
Claims (4)
1.一种无人直升机主舵机***,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***,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***,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***,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。
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