一种电动舵机及其控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种电动舵机及其控制系统，包括尾舱舱体、硬件系统和飞控系统，所述硬件系统包括若干组舵机组件、舵机控制器，若干组所述舵机组件与舵机控制器分别连接通讯，所述飞控系统与舵机控制器连接通讯。本发明专利技术的优点在于：

【技术实现步骤摘要】
一种电动舵机及其控制系统


[0001]本专利技术涉及电动伺服
，具体是指一种电动舵机。

技术介绍

[0002]舵机系统是一种具有高精度、高响应速度特性的位置(角度)伺服系统，其作为飞行器舵面控制的执行机构而广泛应用于特种飞行器中，通过接收制导系统给出的舵面偏转信号，转化并输出相应的控制指令来实现特种舵面的偏转，从而改变特种飞行器的运动姿态或飞行轨迹，从而达到控制特种飞行器飞行状态的目的。
[0003]目前电动舵机作为伺服执行机构，具有结构简单，加工装配容易等特点，在无人机、特种飞行器中得到越来越广泛的应用。减速器作为电动舵机的重要部件，在舵机系统中多采用谐波减速模式。目前，谐波行星齿轮传动式电动舵机广泛应用于航天航空领域，实现飞行器舵面偏转。谐波齿轮传动依靠薄壁零件柔性的弹性变形来实现运动转换，主要零件为柔轮、刚轮和波发生器。但是，谐波齿轮传动的齿轮模数较小，机加工工艺复杂、效率低、对刀具要求较高；并且，柔性零件在使用过程中容易产生疲劳破坏，寿命有限。因此，这种谐波齿轮传动一般只能承受纯扭矩负载，复合负载能力差；当承受扭矩、弯矩和轴向力等的复合负载时，负载能力明显下降，甚至不能正常传动。并且，谐波行星齿轮传动式电动舵机中包含有凸轮、柔轮、定刚轮和各种支撑轴承等数量繁多的零件，这使得其总体重量较重，且现有的舵机不具备CAN总线通讯功能，传输速率低，不利于后续升级。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的是现有电动舵机数字化控制程度低、减速机构复杂的技术问题，在保持现有控制精度及随动速率不变的前提下，提供一种数字化控制程度高、具有升级潜力、工作稳定的电动舵机及其控制系统。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供的技术方案为：一种电动舵机及其控制系统，包括尾舱舱体、硬件系统和飞控系统，所述硬件系统包括若干组舵机组件、舵机控制器，若干组所述舵机组件与舵机控制器分别连接通讯，所述飞控系统与舵机控制器连接通讯；
[0006]所述舵机组件包括安装框架、减速传动机构、反馈测量机构、舵面弹出机构及舵面，所述安装框架设置在所述尾舱舱体中，所述减速传动机构、反馈测量机构、舵面弹出机构及舵面设置在安装框架上，所述舵机控制器设置在减速传动机构上，所述减速传动机构采用蜗轮蜗杆的传动结构形式，所述减速传动机构驱动舵面偏转并由反馈测量机构对舵面偏转角度进行监测，所述舵面贯穿尾舱舱体的侧壁设置，所述舵机控制器采用单片机控制且舵机控制器上设有对外接口，包括总线通讯及电源接口和测量机构接口分别与减速传动机构和反馈测量机构连接通讯，所述舵机控制器分别对若干组舵机组件进行单独控制，所述舵机控制器上设有电源转换模块为减速传动机构和反馈测量机构供电，所述舵机控制器接收舵指令信号及反馈测量机构反馈信号并解算形成PWM信号对减速传动机构进行控制。
[0007]作为改进，所述尾舱舱体的侧壁上环向间隔均匀设有若干槽孔，所述安装框架分
别靠槽孔处设置且舵面分别贯穿槽孔。
[0008]作为改进，所述减速传动机构包括设置在安装框架顶端的电机，所述电机的传动轴套设有联轴节，所述联轴节远离电机传动轴的一端套设有蜗杆，所述蜗杆上靠一侧配合有蜗轮，所述安装框架上在蜗杆的一侧设有舵轴，所述蜗轮远离蜗杆的一侧套设在舵轴上。
[0009]作为改进，所述舵轴与安装框架之间套设有舵轴轴承，所述舵轴上靠一侧端部设有螺钉与舵面连接固定，所述舵轴上远离所述舵面的一侧设有舵轴螺母。
[0010]作为改进，所述反馈测量机构包括设置在涡轮上且与舵轴同轴的反馈扇形齿轮，所述反馈扇形齿轮上啮合有反馈齿片，所述安装框架上在远离设有蜗杆的一侧设有传感器支架，所述传感器支架上设有角位置传感器，所述角位置传感器的输入轴上套设有反馈小齿轮，所述反馈齿片套设在所述反馈小齿轮上。
[0011]作为改进，所述舵面弹出机构包括在舵轴中且在舵面的上方设有滑槽，所述滑槽中设有钢球，所述滑槽中在钢球与舵轴之间设有弹簧，所述钢球与舵面抵贴。
[0012]作为改进，所述舵机控制器设置在电机的顶部，舵机控制器通过总线通讯及电源接口与电机进行通讯、电源输入及输出电机驱动电流，测量机构接口接收反馈测量机构反馈信号。
[0013]作为改进，所述角位置传感器采用导电塑料电位计。
[0014]本专利技术与现有技术相比的优点在于：
[0015]①
本专利技术通过采用蜗轮蜗杆的结构形式制成减速传动机构，加工难度低，结构简单、稳定，技术成熟，成本可控；
[0016]②
采用电位计作为角位置传感器，反馈灵敏，能够接收舵偏角指令完成舵面角度跟踪；
[0017]③
将舵机组件模块化设计安装，可减少电动舵机的整体尺寸，有利于小型化、轻量化；
[0018]④
通过设置总线通讯及电源接口，具备CAN总线通讯功能，方便后续升级；
[0019]⑤
通过采用数字化控制，使舵机控制精准，提升设计精准度，便于飞控系统控制。
[0020]上述概述仅仅是为了说明书的目的，并不意图以任何方式进行限制。除上述描述的示意性的方面、实施方式和特征之外，通过参考附图和以下的详细描述，本专利技术进一步的方法、实施方式和特征将会更加清晰。
附图说明
[0021]为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0022]图1是本专利技术的结构示意图。
[0023]图2是本专利技术的俯视图。
[0024]图3是本专利技术电动舵机的结构示意图一。
[0025]图4是本专利技术电动舵机的结构示意图二。
[0026]图5是本专利技术电动舵机的结构示意图三。
[0027]图6是本专利技术电动舵机的结构示意图四。
[0028]图7是本专利技术舵面折叠示意图。
[0029]图8是本专利技术舵面展开示意图。
[0030]图9是本专利技术单个通道舵机回路信号处理示意图。
[0031]图10是本专利技术单通道系统回路整体仿真模型示意图。
[0032]图11是本专利技术利用MATLAB完成各模块传递参数建模示意图。
[0033]图12是本专利技术空载正弦输入条件下系统响应仿真曲线示意图。
[0034]图13是本专利技术满载正弦输入条件下系统响应仿真曲线示意图。
[0035]图14是本专利技术空载条件下系统闭环幅频特性仿真曲线示意图。
[0036]图15是本专利技术满载条件下系统闭环幅频特性仿真曲线示意图。
[0037]图16是本专利技术舵机控制器总体方案框图。
[0038]图17是本专利技术电源系统方案框图。
[0039]如图所示：1、尾舱舱体；2、槽孔；3、安装框架；4、电机；5、蜗杆；6、蜗轮；7、舵轴；8、舵轴轴承；9、舵轴螺母；10、反馈扇形齿轮；11、反馈齿片；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电动舵机及其控制系统，包括尾舱舱体(1)、硬件系统和飞控系统，其特征在于：所述硬件系统包括若干组舵机组件、舵机控制器(19)，若干组所述舵机组件与舵机控制器分别连接通讯，所述飞控系统与舵机控制器(19)连接通讯；所述舵机组件包括安装框架(3)、减速传动机构、反馈测量机构、舵面弹出机构及舵面(15)，所述安装框架(3)设置在所述尾舱舱体(1)中，所述减速传动机构、反馈测量机构、舵面弹出机构及舵面(15)设置在安装框架(3)上，所述舵机控制器(19)设置在减速传动机构上，所述减速传动机构采用蜗轮蜗杆的传动结构形式，所述减速传动机构驱动舵面(15)偏转并由反馈测量机构对舵面(15)偏转角度进行监测，所述舵面(15)贯穿尾舱舱体(1)的侧壁设置，所述舵机控制器(19)采用单片机控制且舵机控制器(19)上设有对外接口，包括总线通讯及电源接口和测量机构接口分别与减速传动机构和反馈测量机构连接通讯，所述舵机控制器(19)分别对若干组舵机组件进行单独控制，所述舵机控制器(19)上设有电源转换模块为减速传动机构和反馈测量机构供电，所述舵机控制器(19)接收舵指令信号及反馈测量机构反馈信号并解算形成PWM信号对减速传动机构进行控制。2.根据权利要求1所述的一种电动舵机及其控制系统，其特征在于：所述尾舱舱体(1)的侧壁上环向间隔均匀设有若干槽孔(2)，所述安装框架(3)分别靠槽孔(2)处设置且舵面(15)分别贯穿槽孔(2)。3.根据权利要求2所述的一种电动舵机及其控制系统，其特征在于：所述减速传动机构包括设置在安装框架(3)顶端的电机(4)，所述电机(4)的传动轴套设有联轴节，所述联轴节远离电机(4)传动轴的一端套设有蜗杆(5)，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘春盛，丁立佳，舒展，王镐江，尤梅，冯立盛，
申请(专利权)人：上海翔骜电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：