[發明專利]一種多作動筒協同控制裝置及控制方法

有效

• 申請號: 201410073277.7
• 申請日: 2014-02-28
• 公開（公告）號: CN103823445B
• 公開（公告）日: 2017-01-18
• 發明（設計）人: 胡少興;劉瑞瑞;朱煜坤;劉東昌
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G05B19/418
• 分類號: G05B19/418
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司11251
• 代理人: 楊學明,李新華

技術領域

本發明涉及一種多作動筒協同控制裝置及控制方法，應用于無人機、飛艇的方向舵、升降舵舵面的協同控制，屬于自動控制領域。

背景技術

作動筒是大型載人飛艇和部分飛機的關鍵執行機構，通過控制作動筒的伸縮，達到驅動飛機、飛艇等飛行器舵面的目的。目前對作動筒控制大都是分離控制而不是協同控制，設備安裝時控制器分幾塊電路板，通過接口連接，連接后還需要調試，如果安裝不好，會出現作動筒抖舵的現象，對作動筒的壽命有一定影響。同時，由于大部分控制器還是由模擬電路搭成，調試起來比較費時，制約了作動筒在實際工程中的應用。因此迫切需要一種體積小、精度高、安裝方便、可多作動筒協調控制的控制裝置來滿足這一需求。

發明內容

本發明要解決的技術問題：解決了在重量、安裝空間限制條件下對四個作動筒的聯合控制，并且實時地檢測各個作動筒的運動位置，實現多作動筒的協調控制，保證各個執行機構按照設計的速度運動到相應的位置，從而避免因各舵面運動速度與位置不一致導致的飛行姿態誤差；解決了數字飛行控制器與作動筒驅動模塊信號接口的問題，傳統的模擬電路作動筒控制器只能接收操作感的模擬電壓信號來控制作動筒的運動位置，本發明控制裝置可以直接讀取數字飛行控制器、標準遙控器等數字信號以及操縱桿的模擬電壓信號，直接來驅動作動筒，實現了多種控制方式的集成；克服了傳統作動筒控制器硬件限位校準困難、運動正負距離不對稱、易出故障的缺點，在硬件限位的基礎上加入了軟件限位，可以通過程序靈活地設定、修改作動筒的運動范圍，既免去了硬件校準的繁瑣步驟，又有效地保證了作動筒的安全運動；為了保證飛行的安全，本發明控制裝置設計了應急控制回路，應急控制回路由單獨的繼電器組組成，當正常控制功能失效時，切換到應急通道，控制信號通過繼電器組直接控制作動筒的運動，從而保證飛行器的基本動作。

本發明的技術方案為：一種多作動筒協同控制裝置，包括電源模塊、TMS320F28035處理器模塊、控制信號隔離放大模塊、硬件限位繼電器組、H橋式驅動電路、應急模塊和信號調理采樣電路，其中，

所述電源模塊為本裝置的各個模塊提供能源，分為驅動電源與控制電源：作動筒驅動電壓24V，由外部接口直接輸入；邏輯電路電壓輸入范圍15-40V，通過一片LM2575S-12電源芯片，一片LM2575S-5電源芯片將輸入電壓轉換輸出12V、5V，使用一片LM1117-3.3線性電源芯片輸出3.3V電壓為處理器供電，為了防止溫漂，保證處理器在較寬的溫度范圍內的采樣精度與穩定性，采用了一片高精度基準電源芯片REF3330輸出3.0V作為處理器的ADC基準電壓；

所述的TMS320F28035處理器模塊為本裝置的控制核心，負責顯示控制裝置的運行狀態、檢測輸入的數字飛行控制器的數字信號或者操縱桿的模擬電壓信號、以及各個作動筒的運動位置，并且根據輸入命令和反饋信號發出相應的PWM控制信號，從而控制各個作動筒的按照要求運動；

所述的控制信號隔離放大模塊的主要功能為隔離與放大，負責將處理器、邏輯轉換芯片等小功率器件組成的信號電路與Mosfet橋電路、繼電器等大功率器件組成的功率電路安全可靠地連接；信號電路與功率電路的電氣隔離通過HCPL-2630高速光電耦合芯片實現，防止后級大電壓、大電流影響前級模擬電路的采樣精度甚至擊穿前級處理器等小信號芯片，保證裝置的安全；隔離后的控制信號通過Mosfet半橋驅動芯片IR2103S放大，驅動Mosfet橋電路，確保Mosfet在盡短的時間內完全開啟、關斷，從而減少開關損耗，提高控制裝置的效率；

所述的硬件限位繼電器模塊是作動筒的運動保護裝置，由八個（四組）24V繼電器組成，分別對應四組作動筒驅動電路，負責在作動筒運動接觸到限定極限位置時切斷對應方向的控制信號，迫使作動筒停止，只能向相反反響運動，防止運動超出限定量程造成機械結構卡死；

所述的橋式電路為作動筒控制裝置的驅動電路，作用是在控制信號的控制下使得對角橋臂導通，驅動作動筒的伸縮運動；

所述的應急模塊是控制裝置的應急回路，由16個（四組）24V功率繼電器組成，分別對應于四組作動筒驅動電路，當控制裝置正常控制方式失效時，切換到獨立的應急回路，應急控制信號不經過處理器，直接控制功率繼電器動作，驅動四組作動筒運動。