一种变距航空动力系统特性与控制教学实验平台技术方案

本发明专利技术涉及一种变距航空动力系统特性与控制实验平台，由杆位输入模块、数据采集模块、数据处理与控制模块、可变距动力装置模块以及LCD显示模块组成。杆位输入模块用于输入控制信号，数据采集模块通过内置的几种传感器输出的电位信号给AVR单片机进行处理；数据处理与控制模块将传感器所采集的电信号进行处理并输出各测量参数，另外此控制器还将输出两路控制信号，分别来控制变距桨电动力装置的舵机和电调，实现油门调节和桨距调节；用LCD显示测量参数和杆位值。此平台跟传统的大型变距螺旋桨的实验装置相比更加轻便和灵活，且易于老师演示和学生操作等优点，另外此平台还具有辨识变距螺旋桨电动力装置非线性和线性模型的科研价值。

An experimental platform for the teaching of the characteristics and control of variable range aero dynamic system

【技术实现步骤摘要】
一种变距航空动力系统特性与控制教学实验平台
本专利技术涉及一种变距航空动力系统特性与控制教学实验平台即是系统，是一种基于嵌入式开发的变距螺旋桨动力装置的小型电控系统，用于民航领域相关专业课程的教学演示，另外本专利技术还可用于对变距桨电动力装置的模型参数进行辨识。
技术介绍
1923年金属螺旋桨的问世后，定距螺旋桨已经无法满足飞机的起飞和巡航要求了。随着技术的进步，在1933年，自动变距螺旋桨的动力装置在波音24运输机上的到了运用。由于变距桨能从充分运用发动机的有效功率，也不会出现螺旋桨‘变重’或‘变轻’的情况，这使得飞机的飞行适应性得到了提升。变距桨的动力装置得到了广泛的运用，且有极大的研发价值，目前不只在民用航空行业，船舶业、风力发电行业、无人机行业也在使用这项技术。目前由美国“派松”公司生产可变桨距的双发螺旋桨飞PA-44-180正在大范围投入使用，特别是作为训练机型。AnthonyManchin介绍了一个闭环控制的可调螺距螺旋桨系统，利用机械元件改变螺旋桨叶片的桨叶角，并以此提出了一种变螺距螺旋桨的实验模型([1]AnthonyManch本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种变距航空动力系统特性与控制教学实验平台，其特征在于，包括：杆位输入模块、数据采集模块、数据处理与控制模块、可变距电动力装置、LCD液晶显示模块和PC端，其中：/n杆位输入模块，用于发出控制指令，根据杆位移输出相应的电位信号送至数据处理与控制模块控制无刷电机的供给电压和桨叶角；/n数据采集模块，用于采集可变距电动力装置的各测量参数，包括轴功率、拉力、转速、扭矩和电功率；数据采集模块根据可变距动力装置所反应各测量参数的大小输出相应的电位信号送至数据处理与控制模块；/n数据处理与控制模块，用于输入信号读取、处理和输出控制信号，读取杆位输入模块和数据采集模块所输出的电位信号，并处理成PWM控制...

【技术特征摘要】
1.一种变距航空动力系统特性与控制教学实验平台，其特征在于，包括：杆位输入模块、数据采集模块、数据处理与控制模块、可变距电动力装置、LCD液晶显示模块和PC端，其中：
杆位输入模块，用于发出控制指令，根据杆位移输出相应的电位信号送至数据处理与控制模块控制无刷电机的供给电压和桨叶角；
数据采集模块，用于采集可变距电动力装置的各测量参数，包括轴功率、拉力、转速、扭矩和电功率；数据采集模块根据可变距动力装置所反应各测量参数的大小输出相应的电位信号送至数据处理与控制模块；
数据处理与控制模块，用于输入信号读取、处理和输出控制信号，读取杆位输入模块和数据采集模块所输出的电位信号，并处理成PWM控制信号输出给可变距电动力装置，将数据采集模块采集的和杆位输入模块的电位信号处理成可读数据，包括变距桨电动力装置所反应的各测量参数和杆位输入模块的杆位值，通过I2C协议将这些可读数据传送至LCD液晶显示模块，该数据处理与控制模块包括两种模式：控制模式和阶跃辨识模式，用于两种工作状态，其中控制模式用于采集数据及对变距桨电动力装置的工作过程进行教学演示，另一种阶跃辨识模式是用来进行该装置的非线性和线性模型的参数辨识的实验工作；
可变距电动力装置，作为控制信号的执行机构，接收由数据处理与控制模块输出的两路PWM控制信号，一路控制舵机输出舵机转角以调整桨叶角的大小，另一路控制电调以调整供给无刷电机电压的大小；
LCD液晶显示模块，用于显示可读数据；根据数据处理与控制模块处理后的可读数据使用数据处理与控制模块的I2C协议将变距桨电动力装置所反映的各测量参数和杆位模块的杆位值显示在液晶屏上；
PC端，用于配合数据处理与控制模块的辨识模式，根据接收变距桨电动力装置的响应参数，通过PC端的辨识算法将变距桨电动力装置的线性和非线性模型的参数辨识出来。


2.根据权利要求1所述的变距航空动力系统特性与控制教学实验平台，其特征在于：所述杆位输入模块包括：变距杆和油门杆，每个杆有电位器模块和阻尼模块；杆位移的产生与电位器的输出的模拟电压信号呈线性映射关系，则变距杆的电位器模块输出的方波脉冲电压信号经数据处理与控制模块的读取和处理后输出PWM控制信号与舵机建立控制关系；油门杆电位器模块输出的方波脉冲电压信号经数据处理与控制模块的读取和处理后输出另一路PWM控制信号与可变距动力装置的电子调速器建立控制关系；另外，变距杆和油门杆所带的阻尼模块为变距杆和油门杆提供杆力。


3.根据权利要求1所述的变距航空动力系统特性与控制教学实验平台，其特征在于：所述数据采集模块包括：光电传感器、电阻应变式压力传感器、电压电流传感器；光电传感器由光电门和数字信号调制电路组成，当螺旋桨叶片扫略光电门阻挡光路时，自动输出高电平信号，否则输出低电平信号，数据处理与控制模块通过计算高电平时间占总时间的比例换算成螺旋桨的转速；电阻应变式压力传感器，为采样具有两路模拟通道输入，内部集成128倍增益可编程放大器；且电阻应变式压力传感器输入电路配置为提供桥压的电桥式传感器模式，是采样前端模块，工作方式为带线端固定，另一端承受压力输出电压信号，电阻应变式压力传感器用于螺旋桨拉力和扭矩的测量，由于轴功率不可直接测量，则可用扭矩和角速度的乘积间接表示出轴功率；电压电流传感器用来检测变距螺旋桨电动力装置在工作时供电电源输出的电压电流的状态，经数据处理与控制模块读取和处理相应的电位信号后得到工作时的电流电压值，以U*I来表示工作时的电功率值；另外，再以变距螺旋桨工作时的轴功率与电功率之比得到变距桨电动力装置工作时的绩效。


4.根据权利要求1所述的变距航空动力系统特性与控制教学实验平台，其特征在于：所述数据处理与控制模块采用ATmega328微控制器和16MHz的石英晶体振荡器；端口配置为一个MiniUSB接口，用来与PC端进行通讯和程序的烧录；另外数据处理与控制模块设有14只引脚用于数字信号的输入/输出、有8只引脚用于模拟信号的输入，且在14只数字输入/输出引脚中有6只引脚输出PWM控制信号，该模块将读取数据采集模块和两操纵杆的电位信号，经处理后将可读数据通过I2C协议传输至LCD液晶显示屏上，之后数据处理与控制模块将输出PWM控制信号来控制舵机转角和相应的电调输出电压，且数据处理与控制模块包含两种模式：控制模式和辨识模式，其中控制模式将杆位输入模块与变距桨电动力装置建立控制关系，并通过LCD显示模块对控制过程中变距桨电动力装置所反映的各测量参数和杆位输入模块的杆位值进行监控；辨识模式是直接将数据处理与控制模块与变距桨电动力装置建立控制关系，变距桨电动力装置按数据处理与控制模块给定的阶跃控制信...

【专利技术属性】
技术研发人员：安斯奇，陈思成，陈淑仙，侯宽新，许宗涵，崔毅，薛壮，
申请(专利权)人：中国民用航空飞行学院，
类型：发明
国别省市：四川;51