一种无人机电动舵机系统技术方案

本发明专利技术公开了一种无人机电动舵机系统，属于电动舵机技术领域，本发明专利技术所述的无人机电动舵机系统由无人机上的热电池供电，所述无人机电动舵机系统包括若干个独立控制的舵机，若干个所述的舵机分别拖动一个舵面，所述的舵机包括电机、角位置传感器、减速传动机构及舵机控制器。本发明专利技术的优点在于：

【技术实现步骤摘要】
一种无人机电动舵机系统


[0001]本专利技术涉及电动舵机
，具体是指一种无人机电动舵机系统。

技术介绍

[0002]无人驾驶飞机简称“无人机”，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞行器。无人机实际上是无人驾驶飞行器的统称，与载人飞机相比，它具有体积小、造价低、使用方便、对作战环境要求低、战场生存能力较强等优点。由于无人驾驶飞机对未来空战有着重要的意义，世界各主要军事国家都在加紧进行无人驾驶飞机的研制工作。目前，无人机可以通过地面上的操作者手动控制遥控器进行控制或提前设定路径进行自主巡航，在此过程中无人机需要通过设置在无人机上的电动舵机实现转向，但目前的无人机用的电动舵机减速传动结构复杂、整体尺寸较大、使用寿命短，通常指具有数据传输能力，无法实现软件的在线烧写功能，无法进行后续升级。

技术实现思路

[0003]本专利技术要解决的是现有的无人机电动舵机减速机构复杂、无升级能力的技术问题，提供一种具有升级潜力、工作稳定、整体结构尺寸小型化的无人机电动舵机系统。
[0004]为解决上述技术问题，本专利技术提供的技术方案为：一种无人机电动舵机系统，所述的无人机电动舵机系统由无人机上的热电池供电，所述无人机电动舵机系统包括若干个独立控制的舵机，每个所述的舵机分别拖动一个舵面，所述的舵机包括电机、角位置传感器、减速传动机构及舵机控制器，所述的舵机控制器的外部设有总线通讯及电源接口和传动机构接口，所述的舵机控制器上的总线通讯及电源接口和传动机构接口分别通过电缆与所述的无人机一体化控制器、电机及角位置传感器连接，所述的角位置传感器设置在舵机的输出轴上，所述的减速传动机构采用普通齿轮传动机构、行星齿轮传动机构、谐波齿轮传动机构、蜗轮蜗杆传动机构、滚珠丝杠传动机构及齿轮副+谐波传动机构中的任意一种，所述的舵机采用单回路反馈控制，所述的舵机控制器中的控制校正网络采用PID控制对若干个舵机进行独立控制。
[0005]作为改进，所述的电机采用无刷直流电机或有刷直流电机中的任意一种。
[0006]作为改进，所述的电机采用无刷直流电机。
[0007]作为改进，所述的角位置传感器采用磁编码电位器。
[0008]作为改进，所述的减速传动机构采用齿轮副+谐波传动机构，电机经齿轮后减速，再经谐波齿轮减速输出。
[0009]作为改进，所述的齿轮副包括设置在电机输出轴上的齿轮一及与其啮合的齿轮二，所述的齿轮二的规格尺寸大于齿轮一，所述的谐波传动包括与齿轮二同轴固连的谐波柔轮及与谐波柔轮配合的谐波钢轮，所述的谐波钢轮与舵机输出轴固连。
[0010]作为改进，所述的舵机控制器上的对外接口包括28V供电连接器和通讯连接器，所述的28V供电连接器的型号为J30J
‑
21ZK，所述的通讯连接器的型号为G30J
‑
15ZK，具有
RS422总线接口。
[0011]作为改进，所述的舵机控制器的核心处理器采用ARM单片机，内置ADC，所述的ARM单片机形成PWM控制信号经功率放大后对电机进行驱动。
[0012]作为改进，所述的舵机控制器中设有外部电路，所述的外部电路中包括两路EMC滤波器、非隔离型DC
‑
DC变换器、隔离型DC
‑
DC变换器、RC滤波器及LDO稳压器，其中一路EMC滤波器对控制电源进行一次EMC滤波，滤波后的一次电源后级使用非隔离型DC
‑
DC变换器变换成后级工作所需的+5V电源，给霍尔、电机驱动逻辑及隔离电路供电，另外经过隔离型DC
‑
DC变换器产生+5V电源经RC滤波器后给角位置传感器供电，经RC滤波器及LDO稳压器分别产生两路3.3V电源作为ARM单片机的模拟电源和数字电源使用，另一路EMC滤波器对控制电源进行滤波产生功率电源给电机供电。
[0013]作为改进，所述的外部电路中还包括功率驱动电路，所述的功率电源输入功率驱动电路，所述的功率驱动电路由工业级电机控制集成电路和离散的三相H桥组成，所述的功率驱动电路内部自带死区控制电路、电流瞬间保护及节电电路。
[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齿轮副+谐波传动的结构形式制成减速传动机构，在谐波前增加的一级齿轮副，可以灵活地调节系统减速比，改变传动方向，满足设计需求，谐波侧隙极小，单位重量的承载能力大，结构紧凑，短时过载能力强，效率也较高；
[0016]②
本专利技术采用无刷直流电机，具有良好的机械特性，体积小、重量轻、转速高、功率大；
[0017]③
本专利技术缩小电动舵机的整体尺寸，有利于小型化、轻量化发展；
[0018]④
本专利技术舵机控制器具备RS422总线通讯功能，该技术具有架构简单、冗余度高、抗干扰能力强等特点，舵机控制器最高可设置1M的传输速率，可满足系统使用要求，舵机控制器采用RS422通讯总线可以实现与地面测试台、上级系统的信息传递，便于产品参数调试和后续使用，利用RS422总线系统还能实现软件的在线烧写功能，为后续软件升级提供了便捷的方式。
[0019]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
[0020]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。
[0021]图1是本专利技术舵机控制器结构接口图。
[0022]图2是本专利技术无人机电动舵机系统方案框图。
[0023]图3是本专利技术单个通道舵机回路信号处理示意图。
[0024]图4是本专利技术单通道系统回路整体仿真模型图。
[0025]图5是本专利技术利用MATLAB完成各模块传递参数建模示意图。
[0026]图6是本专利技术舵机控制网络开环幅频特性示意图。
[0027]图7是本专利技术空满载正弦输入条件下系统响应仿真曲线示意图。
[0028]图8是本专利技术空满载阶跃输入条件下系统响应仿真曲线示意图。
[0029]图9是本专利技术空满载条件下系统闭环幅频特性仿真曲线示意图。
[0030]图10是本专利技术舵机控制器总体方案示意图。
[0031]图11是本专利技术电源系统示意图。
[0032]图12是本专利技术软件流程图。
[0033]图13是本专利技术0.5ms定时器中断后的软件流程图。
具体实施方式
[0034]在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本专利技术的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无人机电动舵机系统，其特征在于：所述的无人机电动舵机系统由无人机上的热电池供电，所述无人机电动舵机系统包括若干个独立控制的舵机，每个所述的舵机分别拖动一个舵面，所述的舵机包括电机、角位置传感器、减速传动机构及舵机控制器，所述的舵机控制器的外部设有总线通讯及电源接口和传动机构接口，所述的舵机控制器上的总线通讯及电源接口和传动机构接口分别通过电缆与所述的无人机一体化控制器、电机及角位置传感器连接，所述的角位置传感器设置在舵机的输出轴上，所述的减速传动机构采用普通齿轮传动机构、行星齿轮传动机构、谐波齿轮传动机构、蜗轮蜗杆传动机构、滚珠丝杠传动机构及齿轮副+谐波传动机构中的任意一种，所述的舵机采用单回路反馈控制，所述的舵机控制器中的控制校正网络采用PID控制对若干个舵机进行独立控制。2.根据权利要求1所述的一种无人机电动舵机系统，其特征在于：所述的电机采用无刷直流电机或有刷直流电机中的任意一种。3.根据权利要求2所述的一种无人机电动舵机系统，其特征在于：所述的电机采用无刷直流电机。4.根据权利要求1所述的一种无人机电动舵机系统，其特征在于：所述的角位置传感器采用磁编码电位器。5.根据权利要求1所述的一种无人机电动舵机系统，其特征在于：所述的减速传动机构采用齿轮副+谐波传动机构，电机经齿轮后减速，再经谐波齿轮减速输出。6.根据权利要求5所述的一种无人机电动舵机系统，其特征在于：所述的齿轮副包括设置在电机输出轴上的齿轮一及与其啮合的齿轮二，所述的齿轮二的规格尺寸大于齿轮一，所述的谐波传动包括与齿轮二同轴固连的谐波柔轮及与谐波柔轮配合的谐波钢轮，所述的谐波钢轮与舵机输出轴固连。7.根据权利要求1所述的一种无人机...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁立佳，刘春盛，舒展，王镐江，尤梅，陈赟，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：