一种直升机电驱动尾桨控制系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种直升机电驱动尾桨的控制系统和方法，该控制系统包括：脚蹬、角位移传感器、直升机控制器、电机控制器、尾桨驱动电机的驱动器、尾桨变距结构的电机驱动器、检测单元、陀螺仪；驱动尾桨旋转的电机‑减速器一体化结构、电驱动变距结构。控制方法根据脚蹬角度变化和陀螺仪检测的直升机尾部姿态变化，自动控制尾桨驱动电机的转速并调节变距结构，从而实现直升机平衡或转向。本发明专利技术提供了一种直升机电驱动尾桨的控制系统与方法，代替传统直升机的内燃机驱动和过多的传动轴，从而实现直升机快速平稳的自动平衡和转向，降低操作难度，增强可靠性和稳定性，有利于促进电动直升机技术的进步与发展。

Control system and method for tail rotor of helicopter driven by mechanical and electrical drive

The invention relates to a control system and a gyroscope for a helicopter electric-driven tail rotor. The control system comprises a pedal, an angular displacement sensor, a helicopter controller, a motor controller, a driver for a tail rotor driving motor, a motor driver for a tail rotor variable-pitch structure, a detection unit, and a gyroscope; a motor driving a tail rotor to reduce The integrated structure of the speed controller and the electrically driven variable pitch structure. According to the change of pedal angle and the attitude of the tail of the helicopter detected by the gyroscope, the control method can automatically control the speed of the motor driven by the tail rotor and adjust the variable pitch structure, so as to realize the helicopter balance or steering. The invention provides a control system and method for the electric-driven tail rotor of a helicopter, which can replace the internal combustion engine drive of a traditional helicopter and excessive transmission shafts, thereby realizing the fast and stable automatic balance and steering of the helicopter, reducing the operation difficulty, enhancing the reliability and stability, and facilitating the progress of the electric helicopter technology. Development.

【技术实现步骤摘要】
一种直升机电驱动尾桨控制系统及方法
本专利技术涉及直升机设计与控制领域，具体涉及一种直升机电驱动尾桨控制系统及方法。
技术介绍
传统直升机尾桨动力来源一般来自主发动机，通过减速器和传动轴传到尾桨。目前，直升机尾桨一般由中间减速器、尾传动轴、尾减速器、尾桨变距拉杆等部件组成，其中，中间减速器、尾传动轴、尾减速器将主减速器处的能量传递到尾桨，驱动尾桨转动；飞行员操纵脚蹬通过操纵线系带动尾桨变距拉杆，从而改变尾桨叶的迎角，改变尾桨叶推力(拉力)大小从而实现直升机平衡或方向改变的目的。现有的直升机尾桨系统，具有结构重量大、能量损失大、振动噪声大、控制杆系可能卡阻、装配维修困难等特点。现有的直升机变距结构多采用蜗轮蜗杆机构控制变距环移动，结构较为复杂。而且在变距操作中完全通过驾驶员踩脚蹬进行直升机平衡和转向控制，驾驶难度高且不平稳，易振动。而且现有的直升机尾桨控制系统与控制方法主要针对机械式传动结构。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的上述技术缺陷，本专利技术提供一种直升机电驱动尾桨控制系统及方法。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种直升机电驱动尾桨控制系统，包括：角位移传感器、直升机控制器、电机控制器、第一检测单元、第一驱动器、陀螺仪、第二驱动器、第二检测单元、电机-减速器一体化结构、电驱动变距结构；其中：所述角位移传感器分别与所述直升机的脚蹬和所述直升机控制器相连，用于检测脚蹬角度变化获取角度信号，并将所述角度信号传送给所述直升机控制器。所述陀螺仪安装在直升机尾部，且分别与所述电机控制器和所述直升机控制器相连，用于检测直升机姿态变化获取姿态信号，并将所述姿态信号传送给所述电机控制器和所述直升机控制器。所述直升机控制器与所述电机控制器相连，用于根据所述角度信号和所述姿态信号计算出相应电机控制量，并发送相应的操作控制指令给电机控制器。所述电机-减速器一体化结构将高速电机和减速器集成在一体化结构内，用于驱动尾桨旋转。所述电驱动变距结构，采用直线电机作为变距执行器，用于实现尾桨桨叶的变距。所述第一驱动器与所述电机-减速器一体化结构相连，用于驱动所述电机-减速器一体化结构中的电机旋转。所述第二驱动器与所述电驱动变距结构相连，用于驱动所述电驱动变距结构中的电机旋转。所述第一检测单元分别与所述电机-减速器一体化结构、所述第一驱动器和所述电机控制器相连，用于检测所述电机-减速器一体化结构中电机的转速、电流、电压信号获得尾桨电机检测数据，并将所述尾桨电机检测数据传送给所述电机控制器和所述第一驱动器。所述第二检测单元分别与所述电驱动变距结构、所述第二驱动器和所述电机控制器相连，用于检测所述电驱动变距结构中电机的转速、电流、电压信号获得变距电机检测数据，并将所述变距电机检测数据传送给所述电机控制器和所述第二驱动器。所述电机控制器分别与所述第一驱动器和所述第二驱动器相连，用于根据所述操作控制指令、所述尾桨电机检测数据、所述变距电机检测数据和所述姿态信号进行计算分析，并根据分析结果分别控制所述第一驱动器和所述第二驱动器的工作。利用本专利技术提供的控制系统实现的直升机电驱动尾桨控制方法，包括如下步骤：步骤S1，利用所述直升机控制器发送速度操作控制指令给所述电机控制器，所述电机控制器控制所述第一驱动器驱动所述电机-减速器一体化结构中电机以恒定转速运转；利用所述第一检测单元实时检测所述电机-减速器一体化结构中电机的转速、电流、电压信号获得尾桨电机检测数据，并将所述尾桨电机检测数据反馈给所述电机控制器和所述第一驱动器，形成反馈控制。步骤S2，利用所述角位移传感器实时检测脚蹬角度变化获取角度信号，并将所述角度信号传送给所述直升机控制器；利用所述陀螺仪实时检测直升机姿态变化获取姿态信号，并将所述姿态信号传送给所述电机控制器和所述直升机控制器。步骤S3，利用所述直升机控制器根据所述角度信号判断是否需要转向：若需要转向，则发送转向操作控制指令给所述电机控制器，系统进入转向控制模式，执行步骤S4。若不需要转向，则根据所述姿态信号判断直升机姿态是否平衡，若直升机姿态不平衡，则发送平衡操作控制指令给所述电机控制器，系统进入平衡控制模式，执行步骤S5；若直升机姿态平衡，则回转执行步骤S2。步骤S4，利用所述电机控制器根据所述转向操作控制指令控制所述第二驱动器驱动所述电驱动变距结构中电机执行变桨距操作；利用所述第二检测单元实时检测所述电驱动变距结构中电机的转速、电流、电压信号获得变距电机检测数据，并将所述变距电机检测数据反馈给所述电机控制器和所述第二驱动器，对所述电驱动变距结构进行反馈控制；同时，利用所述直升机控制器根据所述姿态信号判断转动方向是否符合脚蹬信号，若否，则控制所述电机控制器加大所述第二驱动器对变距结构的驱动信号以加大转向速度；若是，则继续原操作直到直升机姿态平衡，回转执行步骤S2。步骤S5，利用所述电机控制器根据所述平衡操作控制指令控制所述第二驱动器所述电驱动变距结构中电机执行变桨距操作；利用所述第二检测单元实时检测所述电驱动变距结构中电机的转速、电流、电压信号获得变距电机检测数据，并将所述变距电机检测数据反馈给所述电机控制器和所述第二驱动器，对所述电驱动变距结构进行反馈控制；直到直升机姿态平衡，回转执行步骤S2。本专利技术相对于现有技术的有益效果在于：第一，本专利技术采用直升机电驱动尾桨的电控控制系统和控制方法，能够实现机身的自动平衡，同时能够保证机身在转向过程的平滑稳定，使驾驶更方便，降低操作难度，提高安全性和可靠性，降低直升机整体振动水平，有重要的现实意义，有利于直升机技术进步和发展。第二，本专利技术采用了电驱动变距结构，采用直线电机作为执行器，替代了传统直升机尾桨用蜗轮蜗杆改变桨距的方式进行平衡和转向，提高了变距结构的性能、使用寿命和可靠性，易于调节和控制。第三，尾桨采用电机-减速器一体化结构进行驱动，采取定转速、变转矩控制原理，省去了传统直升机从主发动机到尾桨的传动轴等机构，减少了多余箱体与安装零部件，起到了直升机轻量化、提高了发动机利用率、提高安全性可靠性、降低噪声与振动水平等作用。附图说明图1为本专利技术的控制系统的结构示意图；图2为本专利技术的控制方法的流程图；图3为本专利技术的控制方法详细流程图；图4为本专利技术实施例尾桨驱动控制系统的结构示意图。在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，包括：脚蹬1、角位移传感器2、直升机控制器3、电机控制器4、第一检测单元5、第一驱动器6、陀螺仪7、第二驱动器8、第二检测单元9、电机-减速器一体化结构10、电驱动变距结构11、尾桨12、桨叶13、变距拉杆14、传动连杆15、直线电机16、尾桨毂17、变距环18、滑动套筒19。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。实施例1：如图1所示，一种直升机电驱动尾桨控制系统，包括：角位移传感器2、直升机控制器3、电机控制器4、第一检测单元5、第一驱动器6、陀螺仪7、第二驱动器8、第二检测单元9、电机-减速器一体化结构10、电驱动变距结构11。其中：所述角位移传感器2分别与所述直升机的脚蹬1和所述直升机控制器3相连，用于检测本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种直升机电驱动尾桨控制系统，其特征在于，包括：角位移传感器(2)、直升机控制器(3)、电机控制器(4)、第一检测单元(5)、第一驱动器(6)、陀螺仪(7)、第二驱动器(8)、第二检测单元(9)、电机‑减速器一体化结构(10)、电驱动变距结构(11)；其中：所述角位移传感器(2)分别与所述直升机的脚蹬(1)和所述直升机控制器(3)相连，用于检测脚蹬(1)角度变化获取角度信号，并将所述角度信号传送给所述直升机控制器(3)；所述陀螺仪(7)安装在直升机尾部，且分别与所述电机控制器(4)和所述直升机控制器(3)相连，用于检测直升机姿态变化获取姿态信号，并将所述姿态信号传送给所述电机控制器(4)和所述直升机控制器(3)；所述直升机控制器(3)与所述电机控制器(4)相连，用于根据所述角度信号和所述姿态信号计算出相应电机控制量，并发送相应的操作控制指令给电机控制器(4)；所述电机‑减速器一体化结构(10)将高速电机和减速器集成在一体化结构内，用于驱动尾桨(12)旋转；所述电驱动变距结构(11)，采用直线电机作为变距执行器，用于实现尾桨(12)桨叶的变距；所述第一驱动器(6)与所述电机‑减速器一体化结构(10)相连，用于驱动所述电机‑减速器一体化结构(10)中的电机旋转；所述第二驱动器(8)与所述电驱动变距结构(11)相连，用于驱动所述电驱动变距结构(11)中的电机旋转；所述第一检测单元(5)分别与所述电机‑减速器一体化结构(10)、所述第一驱动器(6)和所述电机控制器(4)相连，用于检测所述电机‑减速器一体化结构(10)中电机的转速、电流、电压信号获得尾桨电机检测数据，并将所述尾桨电机检测数据传送给所述电机控制器(4)和所述第一驱动器(6)；所述第二检测单元(9)分别与所述电驱动变距结构(11)、所述第二驱动器(8)和所述电机控制器(4)相连，用于检测所述电驱动变距结构(11)中电机的转速、电流、电压信号获得变距电机检测数据，并将所述变距电机检测数据传送给所述电机控制器(4)和所述第二驱动器(8)；所述电机控制器(4)分别与所述第一驱动器(6)和所述第二驱动器(8)相连，用于根据所述操作控制指令、所述尾桨电机检测数据、所述变距电机检测数据和所述姿态信号进行计算分析，并根据分析结果分别控制所述第一驱动器(6)和所述第二驱动器(8)的工作。...

【技术特征摘要】
1.一种直升机电驱动尾桨控制系统，其特征在于，包括：角位移传感器(2)、直升机控制器(3)、电机控制器(4)、第一检测单元(5)、第一驱动器(6)、陀螺仪(7)、第二驱动器(8)、第二检测单元(9)、电机-减速器一体化结构(10)、电驱动变距结构(11)；其中：所述角位移传感器(2)分别与所述直升机的脚蹬(1)和所述直升机控制器(3)相连，用于检测脚蹬(1)角度变化获取角度信号，并将所述角度信号传送给所述直升机控制器(3)；所述陀螺仪(7)安装在直升机尾部，且分别与所述电机控制器(4)和所述直升机控制器(3)相连，用于检测直升机姿态变化获取姿态信号，并将所述姿态信号传送给所述电机控制器(4)和所述直升机控制器(3)；所述直升机控制器(3)与所述电机控制器(4)相连，用于根据所述角度信号和所述姿态信号计算出相应电机控制量，并发送相应的操作控制指令给电机控制器(4)；所述电机-减速器一体化结构(10)将高速电机和减速器集成在一体化结构内，用于驱动尾桨(12)旋转；所述电驱动变距结构(11)，采用直线电机作为变距执行器，用于实现尾桨(12)桨叶的变距；所述第一驱动器(6)与所述电机-减速器一体化结构(10)相连，用于驱动所述电机-减速器一体化结构(10)中的电机旋转；所述第二驱动器(8)与所述电驱动变距结构(11)相连，用于驱动所述电驱动变距结构(11)中的电机旋转；所述第一检测单元(5)分别与所述电机-减速器一体化结构(10)、所述第一驱动器(6)和所述电机控制器(4)相连，用于检测所述电机-减速器一体化结构(10)中电机的转速、电流、电压信号获得尾桨电机检测数据，并将所述尾桨电机检测数据传送给所述电机控制器(4)和所述第一驱动器(6)；所述第二检测单元(9)分别与所述电驱动变距结构(11)、所述第二驱动器(8)和所述电机控制器(4)相连，用于检测所述电驱动变距结构(11)中电机的转速、电流、电压信号获得变距电机检测数据，并将所述变距电机检测数据传送给所述电机控制器(4)和所述第二驱动器(8)；所述电机控制器(4)分别与所述第一驱动器(6)和所述第二驱动器(8)相连，用于根据所述操作控制指令、所述尾桨电机检测数据、所述变距电机检测数据和所述姿态信号进行计算分析，并根据分析结果分别控制所述第一驱动器(6)和所述第二驱动器(8)的工作。2.根据权利要求1所述的一种直升机电驱动尾桨控制系统，其特征在于，所述电驱动变距结构(11)具体包括：直线电机(16)、传动连杆(15)、变距拉杆(14)、变距环(18)以及滑动套筒(19)；其中：通过所述直线电机(16)带动所述传动连杆(15)运动，从而带动变距拉杆(14)实现所述尾桨(12)的桨叶(13)的变距。3.根据权利要求1所述的一种直升机电驱动尾桨控制系统，其特征在于：所述第一检测单元(5)包括：用于采集所述电机-减速器一体化结构(10)中电机的电流和电压信号的第一霍尔传感器(51)；用于将所述电机-减速器一体化结构(10)中电机的电流和电压信号进行A/D转换的第一A/D转换器(53)；用于采集所述电机-减速器一体化结构(10)中电机的转速信号的第一光电编码器(52)；所述第二检测单元(9)包括：用于采集所述电驱动变距结构(11)中电机的电流和电压信号的第二霍尔传感器(91)；用于将所述电驱动变距结构(11)中电机的电流和电压信号进行A/D转换的第二A/D转换器(93)；用于采集所述电驱动变距结构(11)中电机的转速信号的第二光电编码器(92)。4.利用权利要求1所述的控制系统的直升机电驱动尾桨控制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1，利用所述直升机控制器(3)发送速度操作控制指令给所述电机控制器(4)，所述电机控制器(4)控制所述第一驱动器(6)驱动所述电机-减速器一体化结构(10)中...

【专利技术属性】
技术研发人员：甄圣超，李传阳，黄康，赵韩，孙浩，陈盼盼，张雁欣，吴兵兵，刘荣耀，曲东旭，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34