RU2607490C2

RU2607490C2 - Control system actuator

Info

Publication number: RU2607490C2
Application number: RU2015123326A
Authority: RU
Inventors: Виктор Федорович Заец; Рашид Раисович Абдулин; Владимир Сергеевич Кулабухов; Светлана Юрьевна Майорова; Андрей Юрьевич Хлупнов; Энвер Мянсурович Алимов; Артем Николаевич Стиценко; Алексей Сергеевич Зудилин; Николай Алексеевич Туктарев
Priority date: 2015-06-18
Filing date: 2015-06-18
Publication date: 2017-01-10
Also published as: RU2015123326A

Abstract

FIELD: control systems.

SUBSTANCE: invention relates to aircraft airfoils control systems. Control system actuator comprises control unit and steering drive. Steering drive comprises velocity generator, rotor position sensor, two-stage reduction gear, ball-screw pair, feedback sensor, connected in certain manner. Control unit comprises secondary power supply source, consumed current sensor, receiving-transmitting unit, microcontroller, power switches control unit, power unit, microcontroller integrity checking unit, damping and braking mode actuation unit, connected in certain manner.

EFFECT: enabling expansion of electromechanical steering drive functional capabilities, increasing stability and accuracy.

1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области авиации, более конкретно к системам управления аэродинамическими поверхностями самолетов, и может быть использовано как при создании новых, так и при модернизации существующих летательных аппаратов. Оно также может быть использовано в других областях техники, где существует потребность в точных, надежных и скоростных приводах, с регулируемой скоростью перемещения выходного штока и с обратной связью.The invention relates to the field of aviation, and more particularly to control systems for the aerodynamic surfaces of aircraft, and can be used both when creating new and modernizing existing aircraft. It can also be used in other areas of technology where there is a need for accurate, reliable and high-speed drives, with an adjustable speed of movement of the output rod and with feedback.

Известны изобретения, относящиеся к системам управления самолетов (патенты US №6827311 от 07.04.2003, US №7007897 от 22.06.2004, EP №1964771 от 26.02.2008). Система управления каждым аэродинамическим элементом включает гидравлический (или пневматический) и электромеханический приводы. Недостатком такой системы управления является использование на самолете для управления аэродинамической поверхностью как минимум двух систем генерирования и распределения энергии - электрической и гидравлической (или пневматической) систем, оснащенных аналогичными по функциональному назначению устройствами.Known inventions related to aircraft control systems (US patents No. 6827311 from 04/07/2003, US No. 7007897 from 06.22.2004, EP No. 1964771 from 02.26.2008). The control system of each aerodynamic element includes hydraulic (or pneumatic) and electromechanical drives. The disadvantage of such a control system is the use of at least two energy generation and distribution systems on the aircraft for controlling the aerodynamic surface - electrical and hydraulic (or pneumatic) systems equipped with devices similar in functionality.

Существует изобретение «Рулевой привод», описанное в патенте РФ №2444463, МПК B64C 13/00, опубликованное 15.09.2010 г.There is an invention “Steering drive” described in RF patent No. 2444463, IPC B64C 13/00, published September 15, 2010.

Запатентованное устройство содержит в своем составе двигатель, редуктор, размещенную в его корпусе шарико-винтовую передачу в виде ходового винта с ходовой гайкой, реечную зубчатую передачу в виде зубчатой рейки каретки, связанной с ходовой гайкой, и зубчатого сектора вала руля. При этом рулевой привод снабжен блокатором изгибных деформаций ходового винта, выполненным в виде двух пар подшипников качения, закрепленных на каретке ходовой гайки и опирающихся на корпус редуктора. Корпус редуктора в районе качения двух пар подшипников выполнен в виде двух продольных плоских направляющих, образующих между собой угол 120°…160°. Подшипники качения установлены на каретке ходовой гайки с возможностью регулирования их поджатия к продольным плоским направляющим корпуса редуктора, например, с помощью эксцентриков. Устройство предназначено для управления аэродинамическими поверхностями управления беспилотных летательных аппаратов.The patented device comprises an engine, a gearbox, a ball screw gear housed in its body in the form of a lead screw with a lead nut, a rack and pinion gear in the form of a gear rack of the carriage associated with the lead nut, and the gear sector of the steering shaft. At the same time, the steering drive is equipped with a lead screw bending deformation blocker made in the form of two pairs of rolling bearings mounted on the carriage of the lead nut and resting on the gear housing. The gear housing in the rolling region of two pairs of bearings is made in the form of two longitudinal flat guides, forming an angle of 120 ° ... 160 ° between them. The rolling bearings are mounted on the carriage of the running nut with the possibility of regulating their compression against the longitudinal flat guides of the gear housing, for example, using eccentrics. The device is designed to control the aerodynamic control surfaces of unmanned aerial vehicles.

Известный рулевой привод не обеспечивает возможности блокировки движения выходного штока из-за воздействия внешних сил, обладает сравнительно низкой точностью отработки командных сигналов из-за отсутствия датчика положения ротора. Привод не обеспечивает стабильность работы на различных скоростях вращения электродвигателя, не контролирует положение выходного штока привода, что приводит к ухудшению динамических характеристик ЛА. Перечисленные недостатки ограничивают использование данного привода в системах автоматического управления легких пилотируемых и беспилотных летательных аппаратов.The known steering drive does not provide the ability to block the movement of the output rod due to external forces, has a relatively low accuracy of working out command signals due to the lack of a rotor position sensor. The drive does not provide stability at different speeds of rotation of the electric motor, does not control the position of the output rod of the drive, which leads to a deterioration in the dynamic characteristics of the aircraft. These disadvantages limit the use of this drive in automatic control systems for light manned and unmanned aerial vehicles.

Другим недостатком этой конструкции являются ее ограниченные функциональные возможности, в частности с помощью этого привода невозможно управлять исполнительными элементами, обладающими значительным усилием в направлении продольной оси привода, такими как закрылки, створки и т.п., что связано с обеспечением привода только вращательным моментом.Another disadvantage of this design is its limited functionality, in particular with this drive it is impossible to control actuators with significant force in the direction of the longitudinal axis of the drive, such as flaps, flaps, etc., which is associated with providing the drive with only torque.

Известно другое изобретение «Электропривод», описанное в патенте РФ №2399147, МПК H02P 7/29, H02P 7/18, H02P 7/06, опубликованное 10.09.2010 г. и принятое нами за прототип.Another invention is known, "Electric", described in RF patent No. 2399147, IPC H02P 7/29, H02P 7/18, H02P 7/06, published on 09/10/2010 and adopted by us as a prototype.

Электропривод содержит блок управления, электродвигатель, тахогенератор, при этом блок управления содержит два компаратора, микропроцессор, RS-триггер, интегратор, три ключа, генератор тока.The electric drive contains a control unit, an electric motor, a tachogenerator, while the control unit contains two comparators, a microprocessor, an RS-trigger, an integrator, three keys, and a current generator.

Указанные элементы электрически связаны между собой так, как указано в формуле изобретения.These elements are electrically connected to each other as indicated in the claims.

Недостатком этого привода является отсутствие в его составе датчика положения ротора для ограничения выбега ротора, тормозного устройства для ограничения движения штока под воздействием внешних сил, за отсутствием датчика обратной связи не контролирует положение выходного штока привода, что приводит к ухудшению динамических характеристик ЛА и, как следствие, ограничивает его использование в системах автоматического регулирования легких пилотируемых и беспилотных летательных аппаратов. Другим недостатком этой конструкции являются ее ограниченные функциональные возможности. На этом приводе невозможно размещать исполнительные элементы, требующие значительных усилий в направлении продольной оси привода из-за отсутствия шарико-винтовой пары.The disadvantage of this drive is the lack of a rotor position sensor in it to limit the run-out of the rotor, a brake device to limit the movement of the rod under the influence of external forces, for the absence of a feedback sensor it does not control the position of the output rod of the drive, which leads to a deterioration in the dynamic characteristics of the aircraft , limits its use in automatic control systems of light manned and unmanned aerial vehicles. Another disadvantage of this design is its limited functionality. On this drive, it is impossible to place actuators that require significant effort in the direction of the longitudinal axis of the drive due to the absence of a ball screw pair.

Целью изобретения является обеспечение высоких энергетических, динамических показателей и надежности, расширение функциональных возможностей электромеханического рулевого привода и повышение стабильности и точности в широком диапазоне изменения частоты вращения электродвигателя.The aim of the invention is to provide high energy, dynamic performance and reliability, expanding the functionality of the electromechanical steering gear and increasing stability and accuracy in a wide range of changes in the frequency of rotation of the electric motor.

Для достижения поставленной цели в предлагаемом исполнительном механизме системы управления, включающем в себя блок управления и рулевой привод, содержащий электродвигатель и тахогенератор, согласно изобретению рулевой привод дополнительно снабжен датчиком положения ротора, двухступенчатым редуктором, шарико-винтовой парой и датчиком обратной связи положения штока, выполненными в виде отдельных секций, а блок управления содержит последовательно соединенные вторичный источник электрического питания и датчик потребляемого тока, подключенные к источнику постоянного тока, приемо-передающий блок, последовательно соединенные микроконтроллер, блок управления силовыми ключами и силовой блок, выход которого подключен к силовым обмоткам электродвигателя, и последовательно соединенные блок проверки исправности микроконтроллера и блок включения режима демпфирования и торможения, при этом выход тахогенератора подключен к первому входу микроконтроллера, второй и третий входы которого соединены с соответствующими выходами приемо-передающего устройства, четвертый вход соединен с одним из выходов датчика потребления тока, другой выход которого подключен ко второму входу силового блока, к третьему входу которого подключен выход блока включения режима демпфирования и торможения, пятый вход микроконтроллера соединен с выходом датчика обратной связи положения штока, шестой вход соединен с выходом датчика положения ротора, а выход подключен к блоку проверки исправности микроконтроллера.To achieve this goal in the proposed actuator of the control system, which includes a control unit and a steering gear comprising an electric motor and a tachogenerator, according to the invention, the steering gear is further provided with a rotor position sensor, a two-stage gearbox, a ball screw pair and a rod position feedback sensor made in the form of separate sections, and the control unit contains series-connected secondary source of electrical power and a sensor of current consumption, according connected to a direct current source, a transmitting and receiving unit, a microcontroller connected in series, a power switch control unit and a power unit whose output is connected to the electric motor windings, and a microcontroller operability check unit and a damping and braking mode enable unit, while the output of the tachogenerator connected to the first input of the microcontroller, the second and third inputs of which are connected to the corresponding outputs of the transceiver, the fourth input connected to one of the outputs of the current consumption sensor, the other output of which is connected to the second input of the power unit, to the third input of which the output of the damping and braking mode enable unit is connected, the fifth input of the microcontroller is connected to the output of the rod position feedback sensor, the sixth input is connected to the sensor output the position of the rotor, and the output is connected to the health check unit of the microcontroller.

Исполнительный механизм системы управления (ИМСУ) состоит из рулевого привода (РП) и блока управления приводом (БУП). По функциональному назначению это следящий электропривод, обеспечивающий реверсивное поступательное движение выходного звена, являющегося выходным штоком ИМСУ, в соответствии с управляющими сигналами. Управление ИМСУ осуществляется в режиме отработки сигнала, пропорционального заданному положению штока. Контроль перемещения производится по датчику обратной связи. Скорость вращения двигателя регулируется, стабилизируется и имеет систему торможения методом демпфирования.The executive mechanism of the control system (IMSU) consists of a steering drive (RP) and a drive control unit (BUP). By its functional purpose, it is a servo-driven electric drive, providing reverse translational movement of the output link, which is the output rod of the IMSU, in accordance with the control signals. The control of the IMSU is carried out in the signal processing mode proportional to the specified position of the rod. Motion control is performed by the feedback sensor. The engine speed is adjustable, stabilized and has a damping braking system.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где приведены:The invention is illustrated by drawings, which show:

на фиг. 1 - функциональная схема ИМСУ;in FIG. 1 - functional diagram of the IMSU;

на фиг. 2 и 3 - графики результатов моделирования ИМСУ, полученные при подаче управляющих сигналов, соответствующих перемещениям штока 1 мм и 5 мм.in FIG. 2 and 3 are graphs of the IMSU simulation results obtained by supplying control signals corresponding to rod movements of 1 mm and 5 mm.

БУП включает в свой состав: блок 1 вторичного электропитания, датчик 2 потребления тока, приемо-передающий блок 3, микроконтроллер 4, блок 5 управления силовыми ключами, силовой блок 6, блок 7 проверки исправности микроконтроллера и блок 8 включения режима демпфирования и торможения. БУП обеспечивает регулирование и стабилизацию частоты вращения электродвигателя, торможение, измерение и ограничение уровня тока, потребляемого обмотками электродвигателя от внешнего источника, выдачу сигналов “ошибка” в критических режимах.The BUP includes: a secondary power supply unit 1, a current consumption sensor 2, a transceiver unit 3, a microcontroller 4, a power switch control unit 5, a power unit 6, a microcontroller health check unit 7, and a damping and braking mode enable unit 8. ECU provides regulation and stabilization of the motor speed, braking, measuring and limiting the level of current consumed by the motor windings from an external source, generating “error” signals in critical modes.

Ниже раскрыто назначение функциональных блоков в составе БУП.The following describes the purpose of the functional blocks in the BUP.

Блок 1 вторичного электропитания предназначен для преобразования бортового напряжения питания в низковольтное напряжение питания управляющей электроники и фильтрации входных помех. Интеграция блока питания в БУПСУ эффективна с точки зрения минимизации расстояния между источником и потребителем электричества, что приводит к уменьшению потерь и лучшей помехозащищенности.The secondary power supply unit 1 is intended for converting the on-board supply voltage into a low-voltage supply voltage of the control electronics and filtering input interference. The integration of the power supply into the BPSU is effective in terms of minimizing the distance between the source and the consumer of electricity, which leads to reduced losses and better noise immunity.

Датчик 2 потребляемого тока предназначен для формирования сигнала обратной связи по току посредством измерения амплитуды тока, потребляемого двигателем. Сигнал о потребляемом токе также используется в реализации алгоритма ограничения пускового тока двигателя.The current consumption sensor 2 is intended for generating a current feedback signal by measuring the amplitude of the current consumed by the motor. The signal about the consumed current is also used in the implementation of the algorithm for limiting the starting current of the motor.

Приемо-передающий блок 3 (ППБ) цифровых сигналов предназначен для преобразования интерфейса последовательных сигналов, поступающих от комплексной системы управления (КСУ), в сигналы с внутренним интерфейсом. Цифровой информационный обмен между ИМСУ и КСУ осуществляется по резервированным магистральным каналам информационного обмена (МКИО) в соответствии с ГОСТ. Цифровой канал информационного обмена БУП обеспечивает сопряжение с КСУ и гальваническую развязку между ИМСУ и КСУ. ППБ преобразует интерфейс последовательных сигналов, поступающих от КСУ, в сигналы с внутренним интерфейсом схемы управления. Кроме того, в зависимости от логики управления ППБ используется для выдачи сигналов ДОС, уровня потребляемого тока, скорости двигателя и других сигналов в КСУ.The transmitter-receiver unit 3 (PPB) of digital signals is designed to convert the interface of serial signals from the integrated control system (KSU) into signals with an internal interface. Digital information exchange between IMSU and KSU is carried out through redundant trunk channels of information exchange (ICIE) in accordance with GOST. The digital channel of information exchange of the BUP provides interfacing with KSU and galvanic isolation between the IMSU and the KSU. PPB converts the interface of the serial signals coming from the KSU into signals with the internal interface of the control circuit. In addition, depending on the control logic, the PPB is used to issue DOS signals, the level of current consumption, motor speed and other signals in the control system.

Микроконтроллер 4 предназначен для управления током двигателя по результатам обработки входных сигналов программной моделью исполнительного механизма, включенной в код прошивки процессора. Входными сигналами в данном случае являются: управляющий сигнал, сигнал от датчика потребляемого тока, сигнал обратной связи по штоку, сигнал от ДПР и сигнал обратной связи по скорости (от тахогенератора). Сигнал обратной связи по скорости обеспечивает изодромную обратную связь в структурной схеме РП, что позволяет улучшить частотные характеристики механизма. Сигнал обратной связи по току позволяет обеспечить токовое управление электродвигателем и дополнительно может использоваться для реализации ограничения по току и определения критической ситуации заклинивания редуктора.The microcontroller 4 is designed to control the motor current according to the results of processing the input signals by the program model of the actuator included in the processor firmware code. The input signals in this case are: a control signal, a signal from a sensor of consumed current, a feedback signal from a rod, a signal from a power supply and a speed feedback signal (from a tachogenerator). The speed feedback signal provides isodromic feedback in the RP structural diagram, which allows improving the frequency characteristics of the mechanism. The current feedback signal makes it possible to provide current control of the electric motor and can additionally be used to implement current limits and determine the critical situation of gear jamming.

Блок 5 управления силовыми ключами предназначен для преобразования низковольтных сигналов с микроконтроллера 4 в высоковольтные сигналы управления силовыми ключами силового блока 6, встроенными по схеме трехфазного инвертора.The power switch control unit 5 is intended for converting low-voltage signals from the microcontroller 4 into high-voltage control signals of the power switches of the power unit 6, built-in according to the three-phase inverter circuit.

Силовой блок 6 предназначен для коммутации силового питания на силовые обмотки электродвигателя в зависимости от сигналов, поступающих от блока 5 управления силовыми ключами. В схеме применяют мощные полевые транзисторы, что обеспечивает низкое тепловыделение в силовой схеме.The power unit 6 is intended for switching power supply to the power windings of the electric motor, depending on the signals received from the power switch control unit 5. The circuit uses powerful field-effect transistors, which ensures low heat in the power circuit.

Блок 7 проверки исправности микроконтроллера выполняет контролирующую функцию ИМСУ и осуществляет диагностику отказов механизмов электропривода и БУП.Unit 7 health checks of the microcontroller performs the monitoring function of the IMSU and diagnoses failures of the mechanisms of the electric drive and the ECU.

Блок 8 включения режима демпфирования и торможения предназначен для обеспечения включения режима демпфирования выходного штока в случае отказа управляющего процессора (схема включения режима демпфирования) и для предотвращения несанкционированного перемещения штока путем отключения питания двигателя и перехода в режим демпфирования. Преимуществом применения режима демпфирования в случае отказа привода является предотвращение автоколебаний рулевой поверхности при сохранении питания от вторичного источника электрического питания и даже при отсутствии питания.Block 8 enable damping and braking is designed to enable damping of the output rod in the event of a control processor failure (damping mode enable circuit) and to prevent unauthorized movement of the rod by turning off the motor and switching to damping mode. The advantage of using the damping mode in the event of a drive failure is the prevention of self-oscillations of the steering surface while maintaining power from a secondary source of electrical power and even in the absence of power.

Рулевой привод предназначен для преобразования электрической энергии в энергию перемещения выходного звена и включает в свой состав бесконтактный электродвигатель 9 с тахогенератором 10 и датчиком 11 положения ротора (ДПР), двухступенчатый редуктор 12, шарико-винтовую пару 13 и ДОС 14.The steering drive is designed to convert electrical energy into energy of moving the output link and includes a non-contact electric motor 9 with a tachogenerator 10 and a rotor position sensor 11 (DPR), a two-stage gearbox 12, a ball screw pair 13 and a DOS 14.

Питание электродвигателя осуществляется от системы электроснабжения напряжением постоянного тока. Для управления силовыми обмотками используется встроенный датчик положения ротора (ДПР) на элементах Холла. Электродвигатель 9 приводит во вращение двухступенчатый редуктор 12. Двухступенчатый редуктор является колесно-зубчатым редуктором. Вторая ступень редуктора обеспечивает передачу крутящего момента шарико-винтовой паре 13, преобразующей вращательное движение винта в поступательное движение гайки-штока.The electric motor is powered from a DC power supply system. To control the power windings, an integrated rotor position sensor (DPR) on the Hall elements is used. The electric motor 9 drives a two-stage gearbox 12. The two-stage gearbox is a gear wheel gear. The second stage of the gearbox provides the transmission of torque to the ball screw pair 13, which converts the rotational movement of the screw into the translational motion of the stem nut.

Информационные сигналы о положении ротора от датчика положения ротора, скорости вращения ротора от тахогенератора, размещенных в виде дополнительных секций на валу электродвигателя, и о положении штока от ДОС используются для управления электродвигателем. Двигатель вращает двухступенчатый редуктор 12 вместе с шарико-винтовой парой 13, обеспечивая требуемые скорости перемещения выходного штока, в заданном диапазоне нагрузок. Управление производится БУП в зависимости от управляющих сигналов, получаемых от КСУ, от информации с ДОС 14, сигналов от тахогенератора 10 двигателя 9 и датчика 11 положения ротора двигателя.Information signals about the rotor position from the rotor position sensor, rotor speed from the tachogenerator, placed in the form of additional sections on the motor shaft, and about the position of the rod from the DOS are used to control the electric motor. The engine rotates a two-stage gearbox 12 together with a ball screw pair 13, providing the required speed of movement of the output rod, in a given load range. The control is performed by the control unit depending on the control signals received from the KSU, on the information from the DOS 14, the signals from the tachogenerator 10 of the engine 9 and the sensor 11 of the position of the engine rotor.

Связь ДОС с выходным штоком РП (исполнительным механизмом) осуществляется при помощи безлюфтовой передачи с подпружиненной разрезной шестерней, которая установлена на датчике.The connection of the DOS with the output rod of the RP (actuator) is carried out using a backlash-free transmission with a spring-loaded split gear, which is mounted on the sensor.

ИМСУ работает следующим образом. В начале каждого вычислительного цикла осуществляется программно-аппаратный самоконтроль микроконтроллера 4. Управляющий микропроцессор микроконтроллера 4 принимает и проверяет достоверность командных слов и слов данных, поступающих по МКИО от КСУ. Каждое из оконечных устройств записывает в отведенные ему ячейки общего ОЗУ код заданного положения штока, код режима работы и признак обновления информации МКИО.IMSU works as follows. At the beginning of each computational cycle, the hardware-software self-control of the microcontroller 4 is carried out. The control microprocessor of the microcontroller 4 receives and verifies the validity of the command words and data words received by the MCU from the MCU. Each of the terminal devices writes the code for the specified position of the rod, the code of the operating mode and the sign of updating the ICIE information in the allocated RAM cells to it.

Микроконтроллер 4 считывает из памяти МКИО код сигнала заданного положения штока, код признаков режимов работы ИМСУ, а также код признаков обновления информации МКИО. После этого микроконтроллер получает информацию с датчика ДОС 14, тахогенератора 10, датчика положения ротора 11, датчика потребления тока 2 и контролирует признаки обновления получаемой информации, нахождение в установленном допуске тока обмоток электродвигателя. При наличии признаков исправности, а также при наличии признака рабочего режима, поступающего от КСУ, в микроконтроллере 4 формируется сигнал интегральной исправности.The microcontroller 4 reads from the memory of the ICIE the signal code of the specified position of the rod, the code of the signs of the operating modes of the IMSU, as well as the code of the signs of updating the ICIS information. After that, the microcontroller receives information from the DOS sensor 14, the tachogenerator 10, the rotor position sensor 11, the current consumption sensor 2 and monitors the signs of updating the received information, being in the current tolerance of the motor windings. If there are signs of serviceability, as well as if there is a sign of the operating mode coming from the KSU, an integrated service signal is generated in the microcontroller 4.

При наличии сигнала интегральной исправности осуществляется управление электродвигателем 9. Если сигнал исправности отсутствует, то сигнал управления электродвигателем сохраняется с предыдущего шага и включается алгоритм задержки включения режима демпфирования. Если в течение заданного интервала времени повторяется сигнал интегральной неисправности, то формируется команда на включение режима демпфирования. В этом случае переход в рабочий режим будет осуществлен при наличии интегральной исправности в течение заданного интервала времени. В конце цикла микроконтроллер формирует слова состояний привода, записывает их в ОЗУ контроллера МКИО, который передает слова состояний в КСУ. Алгоритмы функционирования ИМСУ не зависят от режима полета, а определяются состоянием ИМСУ и командами КСУ.If there is a signal of integral operability, the motor 9 is controlled. If there is no operability signal, the motor control signal is saved from the previous step and the damping mode delay algorithm is turned on. If an integral fault signal is repeated over a specified time interval, a command is generated to enable the damping mode. In this case, the transition to the operating mode will be carried out in the presence of integral serviceability for a given time interval. At the end of the cycle, the microcontroller generates the drive status words, writes them to the RAM of the MKIO controller, which transfers the status words to the control system. The IMSU functioning algorithms do not depend on the flight mode, but are determined by the IMSU state and the KSU teams.

ИМСУ реализует следующие режимы: наземный контроль, рабочий режим, режим демпфирования и режим перезапуска.IMSU implements the following modes: ground control, operating mode, damping mode and restart mode.

Углубленный наземный контроль реализуется с помощью КСУ, которая управляет ИМСУ, находящимся в рабочем режиме перед полетом. При этом возможна отработка контрольных значений положения штока, а работоспособность привода проверяется его алгоритмами непрерывного встроенного контроля и алгоритмами контроля КСУ.In-depth ground control is implemented using the KSU, which controls the IMSU, which is in working mode before the flight. At the same time, it is possible to refine the control values of the stem position, and the operability of the drive is checked by its continuous built-in control algorithms and KSU control algorithms.

Алгоритм контроля работоспособности каналов МКИО проверяет наличие признаков обновления информации. Если у канала отсутствует признак обновления информации, то он считается неработоспособным. В соответствующий разряд слова состояния ИМСУ записывается «1» при наличии признака обновления канала и «0» при отсутствии этого признака. Сигнал управления с микроконтроллера не обновляется, если:The algorithm for monitoring the health of the channels of the ICEC checks for signs of updating information. If the channel does not have a sign of updating information, then it is considered inoperative. In the corresponding category of the IMSU status word, “1” is written in the presence of a channel update sign and “0” in the absence of this sign. The control signal from the microcontroller is not updated if:

- хотя бы один из признаков состояния, сформированных алгоритмом контроля, свидетельствует об отказе;- at least one of the state signs generated by the control algorithm indicates a failure;

- принимают нулевое значение признаки исправности входной информации. - signs of serviceability of the input information take zero value.

Если в течение заданного времени задержки сохраняется ситуация, описанная выше, то подается команда на включение режима демпфирования, и ИМСУ переходит в режим удержания штока. Также возможен переход в режим демпфирования и удержания штока по команде от КСУ.If the situation described above persists for a predetermined delay time, a command is issued to activate the damping mode, and the IMSU enters the rod holding mode. It is also possible to switch to the mode of damping and holding the stem on command from the KSU.

Рулевой привод обеспечивает следующие основные функции:The steering gear provides the following main functions:

- перемещение штока в заданное положение и удержание в заданном положении;- moving the rod to a predetermined position and holding it in a predetermined position;

- обеспечение электродвигателем требуемого усилия выходного штока через двухступенчатый колесно-зубчатый редуктор и шарико-винтовую передачу;- providing the electric motor with the required force of the output rod through a two-stage wheel-gear reducer and a ball screw transmission;

- фиксацию штока по команде от КСУ в выключенном (обесточенном) состоянии или при выявлении отказа с помощью срабатывания блока включения режима демпфирования и торможения;- fixing the rod on command from the control panel in the off (de-energized) state or when a failure is detected by means of the activation of the damping and braking mode enable unit;

- ограничение перемещения выходного штока в пределах рабочего хода путем отключения питания двигателя и срабатывания блока включения режима демпфирования и торможения;- limiting the movement of the output rod within the stroke by turning off the power of the engine and the actuation of the block enable damping and braking;

- стабилизацию скорости вращения ротора электродвигателя в заданном режиме;- stabilization of the rotational speed of the rotor of the electric motor in a given mode;

- работу электропривода в следящем режиме в пределах рабочего хода штока без выхода на жесткие упоры винта и гайки.- operation of the electric drive in a follow-up mode within the stroke of the rod without access to the hard stops of the screw and nut.

- предотвращение несанкционированного перемещения штока путем отключения питания двигателя и срабатывания электромагнитного тормоза.- prevention of unauthorized movement of the rod by turning off the power of the engine and the operation of the electromagnetic brake.

На Фиг. 2 и Фиг. 3 приведены результаты моделирования ИМСУ при подаче ступенчатых сигналов, соответствующих 1 мм и 5 мм перемещениям штока РП. Результаты моделирования показали точность, надежность срабатывания ИМСУ.In FIG. 2 and FIG. Figure 3 shows the results of modeling the IMSU when applying stepwise signals corresponding to 1 mm and 5 mm to the displacements of the RP rod. The simulation results showed the accuracy, reliability of operation of the IMSU.

Техническим результатом предложенного изобретения является обеспечение высоких энергетических и динамических показателей, расширение функциональных возможностей электромеханического рулевого привода и повышение стабильности и точности в широком диапазоне изменения частоты вращения электродвигателя, а также повышенной точности и надежности исполнительного механизма системы управления.The technical result of the proposed invention is the provision of high energy and dynamic performance, expanding the functionality of the electromechanical steering gear and increasing stability and accuracy in a wide range of changes in the frequency of rotation of the electric motor, as well as increased accuracy and reliability of the actuator of the control system.

Исполнительный механизм системы управления может быть использован на всех типах беспилотных и легкомоторных пилотируемых летательных аппаратах.The executive mechanism of the control system can be used on all types of unmanned and light-weight manned aircraft.

Claims

Исполнительный механизм системы управления, включающий в себя блок управления и рулевой привод, содержащий электродвигатель и тахогенератор, отличающийся тем, что рулевой привод дополнительно снабжен датчиком положения ротора, двухступенчатым редуктором, шарико-винтовой парой и датчиком обратной связи положения штока, выполненными в виде отдельных секций, а блок управления содержит последовательно соединенные вторичный источник электрического питания и датчик потребляемого тока, подключенные к источнику постоянного тока, приемо-передающий блок, последовательно соединенные микроконтроллер, блок управления силовыми ключами и силовой блок, выход которого подключен к силовым обмоткам электродвигателя, и последовательно соединенные блок проверки исправности микроконтроллера и блок включения режима демпфирования и торможения, при этом выход тахогенератора подключен к первому входу микроконтроллера, второй и третий входы которого соединены с соответствующими выходами приемо-передающего устройства, четвертый вход соединен с одним из выходов датчика потребления тока, другой выход которого подключен ко второму входу силового блока, к третьему входу которого подключен выход блока включения режима демпфирования и торможения, пятый вход микроконтроллера соединен с выходом датчика обратной связи положения штока, шестой вход соединен с выходом датчика положения ротора, а выход подключен к блоку проверки исправности микроконтроллера.The actuator of the control system, which includes a control unit and a steering drive, comprising an electric motor and a tachogenerator, characterized in that the steering drive is additionally equipped with a rotor position sensor, a two-stage gearbox, a ball screw pair and a rod position feedback sensor made in separate sections and the control unit contains in series connected a secondary source of electrical power and a current consumption sensor connected to a constant current source, receiving a transmitting unit, a microcontroller in series, a power key control unit and a power unit whose output is connected to the power windings of the electric motor, and a microcontroller health check unit and a damping and braking mode enable unit, while the tachogenerator output is connected to the first input of the microcontroller, the second and the third inputs of which are connected to the corresponding outputs of the transceiver, the fourth input is connected to one of the outputs of the consumption sensor then ka, the other output of which is connected to the second input of the power unit, the output of the damping and braking mode enable block is connected to the third input, the fifth input of the microcontroller is connected to the output of the rod position feedback sensor, the sixth input is connected to the output of the rotor position sensor, and the output is connected to microcontroller health check unit.