[發明專利]推力矢量控制的機電伺服系統

有效

• 申請號: 201510086629.7
• 申請日: 2015-02-17
• 公開（公告）號: CN104698984B
• 公開（公告）日: 2017-10-03
• 發明（設計）人: 黃玉平;李建明;朱廣生;史晨虹;鄭再平;徐強
• 申請（專利權）人: 北京精密機電控制設備研究所;中國運載火箭技術研究院
• 主分類號: G05B19/414
• 分類號: G05B19/414
• 代理公司: 北京驥馳知識產權代理有限公司11422
• 代理人: 唐曉峰

技術領域

本發明涉及飛行器領域，具體而言，涉及一種推力矢量控制的機電伺服系統。

背景技術

對運載火箭及其有效載荷的飛行控制執行閉環系統一般統稱為伺服系統，伺服系統的典型應用之一就是搖擺液體發動機或固體發動機噴管實現推力矢量控制，完成對運載火箭姿態的控制。固體火箭發動機以固體可燃燒藥柱為燃料，具備存儲時間長，維護性好，使用準備時間短，使用靈活等優點，是目前世界上主流的火箭發展方向之一。相應的，搖擺固體火箭發動機噴管的閉環控制伺服系統也是必備的控制系統設備。

機電伺服系統在以往由于技術條件發展的限制，通常只用于功率級別非常小的舵機，根本無法滿足運載火箭推力矢量控制的使用要求。但是近一二十年來，隨著電力電子技術、功率驅動技術、磁性材料技術以及高性能數字控制技術的飛速發展，機電伺服技術用于中大型固體運載火箭的推力矢量控制成為可能。

機電伺服系統為達到推力矢量控制的目的，伺服系統中必須包含一套動力執行機構，用于輸出伸縮動作，起到搖擺發動機噴管的作用；必須包含一套控制驅動設備，用于執行閉環控制算法，驅動執行機構輸出功率；必須包含一套運載火箭上使用的能源，為整個伺服系統提供初級能源。

更具體地，根據固體運載火箭推力矢量控制使用的實際要求，機電伺服系統主要由以下幾個部分組成：機電傳動機構、伺服電機、伺服控制驅動器、伺服動力電源(含激活控制器)以及相應電纜網，機電傳動機構與伺服電機共同構成機電作動器。其中伺服動力電源為整個系統提供初級直流電能；伺服控制驅動器通過功率逆變電路，運行閉環控制算法，根據使用要求與系統狀態信息，將伺服動力電源提供的直流電能逆變為三相交流電能，提供給伺服電機；而伺服電機作為整個系統的動力執行元件，輸出轉矩、轉速機械功率，帶動機電傳動機構做功，實現推力矢量控制，電纜網負責將相關部分連接起來。

傳統的機電伺服系統中，由于其結構設計等原因，一般其功率越大，占用空間也相對越大，而隨著運載火箭的技術發展，特別是固體發動機噴管附近各類設備較多，空間布局緊張，各種安裝尺寸受限的情況，傳統的機電伺服系統已經難以滿足空間布局緊張的運載火箭的要求。

發明內容

本發明旨在提供一種降低軸向空間要求的推力矢量控制的機電伺服系統。

本發明提供了一種推力矢量控制的機電伺服系統，包括兩臺機電作動器、一臺主伺服控制驅動器、一臺從伺服控制驅動器以及提供電源的一臺伺服動力電源，其中，主伺服控制驅動器和從伺服控制驅動器分別驅動控制一臺機電作動器，機電作動器為平行式機電作動器，平行式機電作動器包括伺服電機和滾珠絲杠傳動機構以及驅動連接伺服電機和滾珠絲杠傳動機構的齒輪傳動機構，滾珠絲杠傳動機構和伺服電機平行布置。

進一步地，主伺服控制驅動器和從伺服控制驅動器包括相互連接并通信的CAN總線連接器；主伺服控制驅動器還包括1553B總線連接器。

進一步地，主伺服控制驅動器和從伺服控制驅動器的CAN總線連接器通過雙冗余CAN總線連接。

進一步地，機電作動器包括動力電輸入連接器、電機轉子位置反饋電連接器和線位移反饋連接器。

進一步地，主伺服控制驅動器和從伺服控制驅動器均還包括三相交流動力電源連接器、直流電源輸入連接器和作動器反饋連接器；其中，三相交流動力電源連接器與機電作動器的動力電輸入連接器連接；直流電源輸入連接器與伺服動力電源連接；作動器反饋連接器與機電作動器的電機轉子位置反饋電連接器和線位移反饋連接器連接。

進一步地，機電伺服系統還包括一臺激活控制器，激活控制器包括接收飛行器中央控制系統發送的激活指令的接收電連接器，和向伺服動力電源發送激活信號的發送電連接器。

本發明還提供了一種飛行器，包括發動機噴管，飛行器還包括前述的推力矢量控制的機電伺服系統，機電伺服系統的機電作動器驅動發動機噴管擺動。

進一步地，機電作動器包括上支耳和下支耳，發動機噴管擺動地設置在噴管固定架上，機電作動器的上支耳與噴管固定架鉸接，下支耳與發動機噴管鉸接。

進一步地，機電作動器為兩臺，兩臺機電作動器沿圓周方向相差90°布置。

根據本發明的機電伺服系統，通過采用平行式機電作動器，即使滾珠絲杠傳動機構和伺服電機平行布置，從而有效地減小的整個機電伺服系統軸向占用空間，可以最大程度上在軸向安裝尺寸嚴重受限的情況下滿足設計使用的要求。另外，本發明采用伺服驅動器和伺服控制器為一體設計的伺服控制驅動器方案，能夠進一步減小整個機電伺服系統占用空間，最大可能地滿足空間要求。

附圖說明