[發(fā)明專利]一種共軸式無人直升機的高度控制穩(wěn)定系統(tǒng)及操縱方法

有效

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• 申請日: 2010-03-25
• 公開（公告）號: CN101813944A
• 公開（公告）日: 2010-08-25
• 發(fā)明（設計）人: 賀天鵬;曾洪江;王修桐
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G05D1/04
• 分類號: G05D1/04
• 代理公司: 北京慧泉知識產(chǎn)權代理有限公司 11232
• 代理人: 王順榮;唐愛華

(一)技術領域

本發(fā)明涉及一種共軸式無人直升機的高度控制穩(wěn)定系統(tǒng)及操縱方法，屬于無人直升機飛 行控制技術領域。

(二)背景技術

從直升機執(zhí)行的任務來看，將直升機穩(wěn)定在給定高度上飛行是非常必要的。因此用于直 升機的自動駕駛儀一般都具有第四個通道即高度通道，用于控制穩(wěn)定直升機的飛行高度。

共軸式無人直升機飛行高度的控制穩(wěn)定在國內(nèi)仍屬空白，本發(fā)明提供了一種共軸式無人 直升機的高度控制穩(wěn)定系統(tǒng)，該系統(tǒng)進行了綜合性的技術設計考慮，使得控制效果良好：1) 設計了原理如圖2所示的低高度信號產(chǎn)生電路，使系統(tǒng)可以在無線電高度參數(shù)和氣壓高度參 數(shù)之間根據(jù)需要自動進行切換。并將切換高度設置成兩個，可以減少由于氣動干擾或地形高 低的變化所引起的系統(tǒng)在兩種高度參數(shù)之間的頻繁切換。同時，當無線電高度表損壞時可以 自動切換到采用氣壓高度參數(shù)；2)在控制規(guī)律中計入了高度差、速度差的積分環(huán)節(jié)，可以 減少直升機在給定高度上下的波動，使直升機能更快地穩(wěn)定在給定的飛行高度；3)在控制 規(guī)律中計入了“航向補償”，可以減小航向操縱對共軸式直升機升力的影響；4)在自動升降 過程中加入了限幅，可以自動限制升降速度，保證直升機不進入渦環(huán)狀態(tài)；5)設計了原理 如圖3所示的總距跟蹤電路，可以減小飛行控制模態(tài)切換對系統(tǒng)的沖擊。

(三)發(fā)明內(nèi)容

1、發(fā)明目的：本發(fā)明在常規(guī)直升機與其他飛機飛行高度控制穩(wěn)定方法的基礎上，針對共 軸式無人直升機高度控制穩(wěn)定的特殊性，提供了一種共軸式無人直升機的高度控制穩(wěn)定系統(tǒng) 及其操縱方法，它使該共軸式無人直升機在自主穩(wěn)高模態(tài)飛行時能自動到達并穩(wěn)定在給定的 飛行高度。

2、技術方案：

(一)本發(fā)明一種共軸式無人直升機的高度控制穩(wěn)定系統(tǒng)，它是由無線電高度表、大氣數(shù) 據(jù)計算機、總距舵機和設計的穩(wěn)高線路板四大部分組成。它們之間的位置連接關系為：設計 的穩(wěn)高線路板安裝在自動駕駛儀盒子中，自動駕駛儀盒子、無線電高度表和大氣數(shù)據(jù)計算機 安裝在直升機的設備架上，總距舵機安裝在直升機傳動系統(tǒng)的舵機架上，無線電高度表和大 氣數(shù)據(jù)計算機的輸出端分別通過電纜連接到設計的穩(wěn)高線路板的輸入端，而設計的穩(wěn)高線路 板的輸出端則通過電纜連接到總距舵機的輸入端。

該系統(tǒng)的基本原理是：將采集的直升機高度信號(無線電高度或氣壓高度)與地面給定 高度進行比較、轉(zhuǎn)換、放大，按照設計的控制規(guī)律進行計算，得到相應的控制量，再以該控 制量去驅(qū)動總距舵機來改變旋翼的槳距，從而改變旋翼的拉力，以達到穩(wěn)定直升機飛行高度 的目的，其連接關系與原理框架如圖1所示。

所述無線電高度表采用北京東林合眾通訊技術公司的BG-T(0.3)小型無線電高度計，它 所測數(shù)據(jù)為無線電高度和升降速度，其輸出為0～12V的高度模擬電壓和-10～+10V的速度 模擬電壓，測高范圍為0～300m，升降速度測量范圍為-10～+10m/s；

所述大氣數(shù)據(jù)計算機采用太原航空儀表有限公司的XSC-13B小型大氣數(shù)據(jù)計算機，它 所測數(shù)據(jù)為氣壓高度和升降速度，其輸出為-0.667～+10V的氣壓高度模擬電壓和-10～ +10V的速度模擬電壓，測高范圍為-400～6000m，升降速度測量范圍為-10～+10m/s；

所述總距舵機采用北京敬業(yè)電工有限公司北微微電機廠的70LCX-1稀土永磁式直流力 矩測速機組，并加入相應的舵機驅(qū)動控制電路(參考《電機控制專用集成電路》，譚建成主 編，機械工業(yè)出版社，2003.01)組裝而成。它的功能是通過自動傾斜器帶動變距拉桿改變 旋翼的槳距，從而改變旋翼的拉力，以達到穩(wěn)定直升機高度的目的。

所述穩(wěn)高線路板是該系統(tǒng)的關鍵技術部分，它安裝在自動駕駛儀盒子當中，輸入端采集 無線電高度表或大氣數(shù)據(jù)計算機傳輸過來的高度與升降速度數(shù)據(jù)，輸出端則將最終得到的總 距控制量傳送到總距舵機。該穩(wěn)高線路板采用模擬電路設計，它包含五項功能電路：①低高 度信號產(chǎn)生電路；②數(shù)據(jù)采集與融合電路；③自主穩(wěn)高控制規(guī)律計算電路；④總距跟蹤電路； ⑤航向補償及綜合電路。其中，②數(shù)據(jù)采集與融合電路、③自主穩(wěn)高控制規(guī)律計算電路以及 ⑤航向補償及綜合電路都是現(xiàn)有許多集成電路書籍(參考《新編電子電路大全第2卷通用 模擬電路》，中國計量出版社組編，/中國計量出版社組編)上常見的，故后面只對該系統(tǒng)中 的穩(wěn)高線路板的幾個關鍵性技術(即上列①和④)進行詳細介紹。

(1)低高度信號產(chǎn)生電路及兩種高度參數(shù)之間的選擇切換