初级分段式圆筒型模块化无人机弹射装置及其控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种初级分段式圆筒型模块化无人机弹射装置及其控制方法，包括n段初级分段式圆筒型直线电机、电磁弹射控制器、逆变器切投装置和弹射起飞角度控装置，初级分段式圆筒型直线电机的电磁弹射动子与电磁弹射部件相结合，涡流减速器与电磁弹射动子的弹射平台一体设置，n段初级分段式圆筒型直线电机的最后一段后加装有圆筒减速装置，涡流减速器在圆筒减速装置中会感应出涡流并与永磁磁场相互作用，电磁弹射动子上设有位置检测装置，n段分段定子上分别设有电流传感器。与现有技术相比，本发明专利技术的提高了弹射系统的稳定性、可靠性和动态响应能力，同时也极大的提高了弹射器的灵活性和适应性，降低了电磁弹射装置的制造成本和安装难度。

Primary segmented cylinder modular UAV ejection device and its control method

The invention discloses a primary piecewise cylindrical modular UAV ejection device and its control method, including n-section primary piecewise cylindrical linear motor, electromagnetic ejection controller, inverter cutting and throwing device and ejection take-off angle control device, electromagnetic ejector and electromagnetic ejection of primary piecewise cylindrical linear motor. Combining components, eddy current reducer and electromagnetic ejector ejection platform are integrated. Cylinder reducer is installed after the last section of n-section primary piecewise cylindrical linear motor. Eddy current reducer will induce eddy current and interact with permanent magnetic field in the cylindrical reducer. Position detection is installed on the electromagnetic ejector. The N segment stator is equipped with a current sensor. Compared with the prior art, the invention improves the stability, reliability and dynamic response capability of the ejection system, greatly improves the flexibility and adaptability of the ejector, and reduces the manufacturing cost and installation difficulty of the electromagnetic ejection device.

【技术实现步骤摘要】
初级分段式圆筒型模块化无人机弹射装置及其控制方法
本专利技术涉及分段式圆筒型直线电机应用在无人机弹射系统中，并采用多路逆变器切投技术和智能学习闭环策略的无人机弹射装置和控制方法，尤其涉及一种初级分段式圆筒型模块化无人机弹射装置及其控制方法。
技术介绍
目前，电磁弹射系统是一种利用电磁力发射有效载荷的装置。它将电磁能转化成动能，借电磁力做功传动载荷。电磁弹射使用电能作能源，远比火箭推进剂和火炮火药成本低，在发射过程中的可控可调性和安全性也是化学发生器不可比拟的，电磁弹射器在科学实验、航天、军事、工业和交通等方面有广泛而重要的应用。同时随着微电子技术，嵌入式控制平台的飞速发展，无人机受到了人们的极大关注，特别是固定翼无人机以其无可比拟的优势在军事领域取得了长足的发展，成为近些年来的研究热点，国内外各大科研机构，商业公司、军方部门都对其进行了深入研究。但相对于多旋翼式无人机，固定翼式有个无法避免的缺陷，即无法原地起飞，必须依靠加速跑道获得一定的初始速度来完成起飞动作，这无疑会提高其应用场地要求，在军事上也提高了其暴露的可能性，在某些领域的限制了其应用推广。这就要求提供一种能够快速安装，并且能够根据实际弹射需求模块化组装拆卸的无人机电磁弹射装置。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服固定翼式无人机无法原地起飞，必须依靠加速跑道获得一定的初始速度来完成起飞动作的弊端，且电磁弹射装置安装困难复杂、通用性差的缺陷，本专利技术目的是提供一种初级分段式圆筒型模块化无人机弹射装置及其控制方法，可以将分段式圆筒直线电机易安装、模块化、阻力小的特点和自学习迭代智能控制算法相结合，通过实时切换逆变装置，实现一种制造便宜、安装简单、控制稳定可靠的电磁弹射方案。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种初级分段式圆筒型模块化无人机弹射装置，包括n段初级分段式圆筒型直线电机、电磁弹射控制器、逆变器切投装置和弹射起飞角度控装置，初级分段式圆筒型直线电机包括分段定子和电磁弹射动子，电磁弹射动子包括鳍状的弹射平台，电磁弹射部件与电磁弹射动子相结合，还包括涡流减速器，涡流减速器采用合金铝板，合金铝板与弹射平台一体设置，n段初级分段式圆筒型直线电机的最后一段后加装有圆筒减速装置，涡流减速器在圆筒减速装置中会感应出涡流并与永磁磁场相互作用，使电磁弹射动子停止运动；电磁弹射动子上设有位置检测装置，n段分段定子上分别设有电流传感器；电磁弹射控制器包括高速数据处理芯片和分别与其连接的数据储存电路、电压调理电路、光耦隔离电路、驱动电路和电流电压检测电路；电磁弹射控制器采用自学习迭代双闭环矢量控制的方法对电磁弹射动子进行弹射控制；自学习迭代双闭环矢量控制的方法包括两路PI反馈控制速度环和两路PI调节空间矢量电流环；PI反馈控制速度环采用自学习迭代控制优化算法，通过若干次的自学习和优化参数，找到弹射控制的最优解；PI调节空间矢量电流环中包括电流环PI控制器A和电流环PI控制器B；逆变器切投装置包括两路空间矢量逆变电路和n-1路固态继电器，两路空间矢量逆变电路始终将输出电压分别加载在相邻的两段初级分段式圆筒型直线电机上，并根据位置检测装置所检测的电磁弹射动子的位置实时切换空间矢量逆变电路；弹射起飞角度控制装置包括液压泵、液压轴及其控制装置，根据无人机的起飞要求调整起飞角度。初级分段式圆筒型直线电机所采用的段数与所需弹射物体的质量和速度相适配，初级分段式圆筒型直线电机的段与段之间的连接采用模块化拼接结构。PI反馈控制速度环通过自学习迭代PI复合调节器对给定速度和加速度进行跟踪，产生的速度误差作为电流环PI控制器A和电流环PI控制器B的输入，再分别通过两路空间矢量调制SVPWM的控制方式输出两路空间矢量逆变器的控制量，再分别经两路空间矢量逆变器得到电磁弹射动子的驱动电压。一种初级分段式圆筒型模块化无人机弹射装置的控制方法，包括以下步骤：步骤(1)；启动电磁弹射任务时，先采用位置检测装置反馈的电磁弹射动子的位置信号，确定开启n-1个固态继电器中的相邻两路驱动电路，步骤(2)；如果检测到电磁弹射动子由于某种原因偏移弹射初始位置，通过逆序控制固态继电器的开关和反向电磁力使其恢复初始位置；步骤(3)；校验正确后，启动弹射任务，根据无人机的起飞要求调节弹射角度，步骤(4)；两路电流传感器分别对电磁弹射动子所在位置处相邻的两段分段定子的电流进行采集，并将采集到的电流信号分别输入电流环PI控制器A和电流环PI控制器B，电流环PI控制器A和电流环PI控制器B分别给出电流参考值；步骤(5)；电流环PI控制器A和电流环PI控制器B再分别将电流参考值在ABC坐标系中转化成DQ坐标系的值，两个DQ坐标系的值分别通过空间矢量调制SVPWM的控制方式输出两路空间矢量逆变器的控制量；步骤(6)；两路空间矢量逆变器分别生成两路分段初级控制驱动电压启动电磁弹射动子。初级分段式圆筒型模块化无人机弹射装置的控制方法中，两路空间矢量逆变器始终将输出的分段初级控制驱动电压加载在相邻的两段初级分段式圆筒型直线电机上，并根据所检测的电磁弹射动子的位置实时切换空间矢量逆变电路，保持电磁力稳定，在电磁弹射过程中使弹射物体处于平稳加速或减速状态，跟随位置信号不停的切换固态断路器，以保证与电磁弹射动子重合的相邻的两段分段定子持续供电。初级分段式圆筒型模块化无人机弹射装置的控制方法中，自学习迭代双闭环矢量控制通过以下控制原理进行自学习优化控制：首先对建立初级分段式圆筒型直线电机的运动非线性方程：其中，为初级分段式圆筒型直线电机的位置，v(t)为初级分段式圆筒型直线电机的速度，ffri(t)为分段式圆筒直线电机在运行过程中的摩擦力，frip(t)为分段式圆筒直线电机在运行过程中推力波动，ma为电磁弹射动子的质量；u(t)为电磁推力；分段式圆筒直线电机在运行过程中的摩擦力为：其中，fs为静态摩擦力，fc为库伦摩擦力，fv为试验负载摩擦力，δ为经验附加值；分段式圆筒直线电机在运行过程中推力波动为：frip(t)＝bsin[ω0x(t)]；其中：b为定位力幅值，ω0为角速度；自学习迭代双闭环矢量控制的控制算法按以下步骤设计：对于非线性重复性系统：其中：k为系统的重复运行次数；t∈[0，N]为离散化时间，xk(t)，uk(t)，yk(t)分别为状态输入变量，控制输入变量和控制输出变量，c为常数，f(·)，g(·)均为非线性函数；对重复性控制对象可以按以下假设：对于一切t∈[0，N]存在有界常数ka，kb使得：其中：x1(t)，x2(t)是任意两个状态变量，xk(0)＝xi(0)，xk(0)，xi(0)分别为第k次的状态变量初始值和期望变量的初始值；对于期望输出变量yi(t)、期望控制输入变量ui(t)和期望状态输入变量xi(t)满足以下方程：在满足以上假设的基础上测量控制输出变量yk(t)及其扰动变量wk(t)，则其实际控制输出变量yd(t)为：yd(t)＝yk(t)+ωk(t)；系统的跟踪误差εk(t)和测量误差ek(t)分别为：εk(t)＝yi(t)-yk(t)；ek(t)＝yi(t)-yd(t)；则有：ek(t)＝εk(t)-ωk(t)；最后得到其控制算法为：其中：k为迭代次数；γ为学习增益因子；通过多次学习优化后，电磁本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种初级分段式圆筒型模块化无人机弹射装置，包括n段初级分段式圆筒型直线电机、电磁弹射控制器、逆变器切投装置和弹射起飞角度控装置，初级分段式圆筒型直线电机包括分段定子和电磁弹射动子，电磁弹射动子包括鳍状的弹射平台，电磁弹射部件与电磁弹射动子相结合，其特征在于：还包括涡流减速器，涡流减速器采用合金铝板，合金铝板与弹射平台一体设置，n段初级分段式圆筒型直线电机的最后一段后加装有圆筒减速装置，涡流减速器在圆筒减速装置中会感应出涡流并与永磁磁场相互作用，使电磁弹射动子停止运动；电磁弹射动子上设有位置检测装置，n段分段定子上分别设有电流传感器；电磁弹射控制器包括高速数据处理芯片和分别与其连接的数据储存电路、电压调理电路、光耦隔离电路、驱动电路和电流电压检测电路；电磁弹射控制器采用自学习迭代双闭环矢量控制的方法对电磁弹射动子进行弹射控制；自学习迭代双闭环矢量控制的方法包括两路PI反馈控制速度环和两路PI调节空间矢量电流环；PI反馈控制速度环采用自学习迭代控制优化算法，通过若干次的自学习和优化参数，找到弹射控制的最优解；PI调节空间矢量电流环中包括电流环PI控制器A和电流环PI控制器B；逆变器切投装置包括两路空间矢量逆变电路和n‑1路固态继电器，两路空间矢量逆变电路始终将输出电压分别加载在相邻的两段初级分段式圆筒型直线电机上，并根据位置检测装置所检测的电磁弹射动子的位置实时切换空间矢量逆变电路；弹射起飞角度控制装置包括液压泵、液压轴及其控制装置，根据无人机的起飞要求调整起飞角度。...

【技术特征摘要】
1.一种初级分段式圆筒型模块化无人机弹射装置，包括n段初级分段式圆筒型直线电机、电磁弹射控制器、逆变器切投装置和弹射起飞角度控装置，初级分段式圆筒型直线电机包括分段定子和电磁弹射动子，电磁弹射动子包括鳍状的弹射平台，电磁弹射部件与电磁弹射动子相结合，其特征在于：还包括涡流减速器，涡流减速器采用合金铝板，合金铝板与弹射平台一体设置，n段初级分段式圆筒型直线电机的最后一段后加装有圆筒减速装置，涡流减速器在圆筒减速装置中会感应出涡流并与永磁磁场相互作用，使电磁弹射动子停止运动；电磁弹射动子上设有位置检测装置，n段分段定子上分别设有电流传感器；电磁弹射控制器包括高速数据处理芯片和分别与其连接的数据储存电路、电压调理电路、光耦隔离电路、驱动电路和电流电压检测电路；电磁弹射控制器采用自学习迭代双闭环矢量控制的方法对电磁弹射动子进行弹射控制；自学习迭代双闭环矢量控制的方法包括两路PI反馈控制速度环和两路PI调节空间矢量电流环；PI反馈控制速度环采用自学习迭代控制优化算法，通过若干次的自学习和优化参数，找到弹射控制的最优解；PI调节空间矢量电流环中包括电流环PI控制器A和电流环PI控制器B；逆变器切投装置包括两路空间矢量逆变电路和n-1路固态继电器，两路空间矢量逆变电路始终将输出电压分别加载在相邻的两段初级分段式圆筒型直线电机上，并根据位置检测装置所检测的电磁弹射动子的位置实时切换空间矢量逆变电路；弹射起飞角度控制装置包括液压泵、液压轴及其控制装置，根据无人机的起飞要求调整起飞角度。2.根据权利要求1的一种初级分段式圆筒型模块化无人机弹射装置，其特征在于：初级分段式圆筒型直线电机所采用的段数与所需弹射物体的质量和速度相适配，初级分段式圆筒型直线电机的段与段之间的连接采用模块化拼接结构。3.根据权利要求1的一种初级分段式圆筒型模块化无人机弹射装置，其特征在于：PI反馈控制速度环通过自学习迭代PI复合调节器对给定速度和加速度进行跟踪，产生的速度误差作为电流环PI控制器A和电流环PI控制器B的输入，再分别通过两路空间矢量调制SVPWM的控制方式输出两路空间矢量逆变器的控制量，再分别经两路空间矢量逆变器得到电磁弹射动子的驱动电压。4.根据权利要求1的一种初级分段式圆筒型模块化无人机弹射装置的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤(1)；启动电磁弹射任务时，先采用位置检测装置反馈的电磁弹射动子的位置信号，确定开启n-1个固态继电器中的相邻两路驱动电路，步骤(2)；如果检测到电磁弹射动子由于某种原因偏移弹射初始位置，通过逆序控制固态继电器的开关和反向电磁力使其恢复初始位置；步骤(3)；校验正确后，启动弹射任务，根据无人机的起飞要求调节弹射角度，步骤(4)；两路电流传感器分别对电磁弹射动子所在位置处相邻的两段分段定子的电流进行采集，并将采集到的电流信号分别输入电流环PI控制器A和电流环PI控制器B，电流环PI控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：余海涛，夏涛，王震东，郭蓉，王尧，王安华，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32