一种三自由度直升机半实物仿真系统及其控制方法技术方案
A three degree of freedom helicopter hardware in the loop simulation system and its control method
The invention relates to a three DOF helicopter semi physical simulation system and its control method, encoder the invention of machine body structure in the rotating shaft, pitch axis and lateral axis rotation angle by the respective matching, and through communication cable will be collected from the angle signal to the control module; the control module is connected with a computer by cable, flight control system in the computer will receive the angle signal is used to calculate the PWM value of the next time, the control commands to the control module through the communication cable, driver module gets from the control module through the communication cable control command, and convert it into the actual voltage value, and then the actual driving module voltage delivered to around two a DC motor mechanical structure through the communication cable, driving two propellers. The invention can avoid cumbersome programming links through reasonable composition and connection, is convenient for the complete set of equipment and reduces the experimental cost, and can be effectively applied to the simulation experiment of a helicopter with three degrees of freedom.
【技术实现步骤摘要】
一种三自由度直升机半实物仿真系统及其控制方法
本专利技术涉及一种三自由度直升机半实物仿真系统及其控制方法，属于飞行控制领域。
技术介绍
直升机是一种由单个或多个旋翼提供向上推力矢量而具备飞行能力的航空飞行器。与其他机种相比，直升机具有低空低速飞行、垂直起降、空中悬停、360度定点回转和任意方向飞行等优点，因此直升机在军用、民用等领域得到了极为广泛的应用。同时就其直升机本身而言，是一个多输入多输出、高阶次、非线性、强耦合系统，只有鲁棒性较强的飞行控制系统才能有效地控制直升机。控制器作为飞行器控制系统的重要组成部分，其中控制算法的优劣将直接影响飞行器姿态的控制效果。因此3-DOF直升机半实物仿真系统的设计与研究有着巨大的理论和现实意义。一方面，通过设计或改进飞行姿态控制器，获得鲁棒性更强的飞行控制策略，这对于提升直升机的飞行品质具有重要的理论意义和实用价值，同时可有力的促进我国直升机的发展。另一方面，直升机的高阶次、多输入多输出、强耦合、非线性的特性，使其成为验证各种控制算法的理想实验对象，尤其是对一些新异的控制算法。除此之外，控制及相关学科的课程的工程实践性很强，仅...
【技术保护点】
一种三自由度直升机半实物仿真系统，其特征在于：包括机械本体结构（2）、计算机（8）、控制模块（9）、驱动模块（10）和通讯电缆；所述机械本体结构（2）中旋转轴、俯仰轴和横侧轴的转动角度由各自配套的编码器采集，并通过通讯电缆将采集到的角度信号传递给控制模块（9）；控制模块（9）再通过电缆与计算机（8）连接，计算机（8）中的飞控系统将接收到的角度信号用于计算出下一时刻PWM值，通过通讯电缆将控制命令传递给控制模块（9），驱动模块（10）通过通讯电缆从控制模块（9）获取控制命令，并将其转换成实际电压值，驱动模块（10）再通过通讯电缆将实际电压输送给机械本体结构（2）中前后两个直流...
【技术特征摘要】
1.一种三自由度直升机半实物仿真系统，其特征在于：包括机械本体结构（2）、计算机（8）、控制模块（9）、驱动模块（10）和通讯电缆；所述机械本体结构（2）中旋转轴、俯仰轴和横侧轴的转动角度由各自配套的编码器采集，并通过通讯电缆将采集到的角度信号传递给控制模块（9）；控制模块（9）再通过电缆与计算机（8）连接，计算机（8）中的飞控系统将接收到的角度信号用于计算出下一时刻PWM值，通过通讯电缆将控制命令传递给控制模块（9），驱动模块（10）通过通讯电缆从控制模块（9）获取控制命令，并将其转换成实际电压值，驱动模块（10）再通过通讯电缆将实际电压输送给机械本体结构（2）中前后两个直流电机（28），驱动两个螺旋桨（33）转动，实现三自由度直升机在空间中的任意姿态。2.根据权利要求1所述的三自由度直升机半实物仿真系统，其特征在于：所述机械本体结构（2）包括旋转轴装置、俯仰轴装置、横侧轴装置、旋转轴与俯仰轴连接件（19）；其中旋转轴装置通过旋转轴与俯仰轴连接件（19）与俯仰轴装置连接，横侧轴装置固定在俯仰轴装置上；旋转轴装置、俯仰轴装置、横侧轴装置采集各自的转动角度，并传递给控制模块（9）。3.根据权利要求2所述的三自由度直升机半实物仿真系统，其特征在于：所述旋转轴装置包括旋转轴中空式编码器（1）、旋转轴（3）、圆锥滚子轴承座（11）、立柱（12）、底座（13）、二层底板（15）、深沟球轴承座（16）和集电环（17）；其中，旋转轴中空式编码器（1）的数据线连接控制模块（9），旋转轴中空式编码器（1）的电源线连接到驱动模块（10），立柱（12）连接底座（13）、二层底板（15）和深沟球轴承座（16），底座（13）上固定用于安装圆锥滚子轴承的圆锥滚子轴承座（11），二层底板（15）上固定用于安装沟球轴承的深沟球轴承座（16），通过圆锥滚子轴承和深沟球轴承的相互配合，将旋转轴（3）下端固定于底座（13）和二层底板（15）之间，旋转轴（3）、圆锥滚子轴承座（11）、深沟球轴承座（16）同轴安装，旋转轴中空式编码器（1）的内圈固定在旋转轴（3）上并随旋转轴（3）一同转动，旋转轴中空式编码器（1）的外壳固定在底座（13）上，集电环（17）套于旋转轴（3）中部，集电环（17）内圈固定在旋转轴（3）上并随旋转轴（3）一同转动，集电环（17）外壳固定在二层底板（15）上，集电环（17）外圈上的电源线接驱动模块（10），集电环（17）外圈上的数据线接控制模块（9），集电环（17）内圈上的线接俯仰轴装置中的俯仰轴分体式编码器（4）及横侧轴装置中的横侧轴分体式编码器（6）、直流电机（28）。4.根据权利要求3所述的三自由度直升机半实物仿真系统，其特征在于：所述二层底板（15）上固定深沟球轴承座（16）的安装孔为环形槽，螺栓与槽之间的位置和间隙可调。5.根据权利要求3所述的三自由度直升机半实物仿真系统，其特征在于：还包括底座护罩（14）、二层护罩（18）、二层护罩固定件（23）；其中底座护罩（14）两端分别与底座（13）、二层底板（15）配合，用于防护旋转轴中空式编码器（1）、旋转轴（3）、圆锥滚子轴承座（11）、底座支柱（12）、深沟球轴承座（16）；二层护罩（18）通过二层护罩固定件（23）安装在二层底板（15）上，用于防护集电环（17）。6.根据权利要求3所述的三自由度直升机半实物仿真系统，其特征在于：所述机械本体结构（2）还包括电路转接板（22），集电环（17）内圈上的线通过电路转接板（22）接俯仰轴装置中的俯仰轴分体式编码器（4）及横侧轴装置中的横侧轴分体式编码器（6）、直流电机（28）；电路转接板（22）固定在旋转轴与俯仰轴连接件（19）的一侧。7.根据权利要求2所述的三自由度直升机半实物仿真系统，其特征在于：所述俯仰轴装置包括俯仰轴分体式编码器（4）、俯仰轴（5）、俯仰轴吊耳（20）、俯仰轴编码器轴（21）和配重块（24）；其中，俯仰轴分体式编码器（4）的数据线连接控制模块（9），俯仰轴分体式编码器（4）的电源线连接到驱动模块（10），旋转轴与俯仰轴连接件（19）通过与旋转轴（3）上端的螺纹副配合，并通过旋转轴（3）的轴端螺...
【专利技术属性】
技术研发人员：那靖，阳军，赵文豪，伍星，高贯斌，刘亚飞，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：云南,53
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