[實(shí)用新型]推力矢量控制的機(jī)電伺服系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201520115215.8
• 申請(qǐng)日: 2015-02-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN204536862U
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-08-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃玉平;李建明;朱廣生;史晨虹;鄭再平;徐強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 北京精密機(jī)電控制設(shè)備研究所;中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院
• 主分類(lèi)號(hào): G05B19/414
• 分類(lèi)號(hào): G05B19/414
• 代理公司: 北京驥馳知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11422
• 代理人: 唐曉峰

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及飛行器領(lǐng)域，具體而言，涉及一種推力矢量控制的機(jī)電伺服系統(tǒng)。

背景技術(shù)

對(duì)運(yùn)載火箭及其有效載荷的飛行控制執(zhí)行閉環(huán)系統(tǒng)一般統(tǒng)稱(chēng)為伺服系統(tǒng)，伺服系統(tǒng)的典型應(yīng)用之一就是搖擺液體發(fā)動(dòng)機(jī)或固體發(fā)動(dòng)機(jī)噴管實(shí)現(xiàn)推力矢量控制，完成對(duì)運(yùn)載火箭姿態(tài)的控制。固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)以固體可燃燒藥柱為燃料，具備存儲(chǔ)時(shí)間長(zhǎng)，維護(hù)性好，使用準(zhǔn)備時(shí)間短，使用靈活等優(yōu)點(diǎn)，是目前世界上主流的火箭發(fā)展方向之一。相應(yīng)的，搖擺固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴管的閉環(huán)控制伺服系統(tǒng)也是必備的控制系統(tǒng)設(shè)備。

機(jī)電伺服系統(tǒng)在以往由于技術(shù)條件發(fā)展的限制，通常只用于功率級(jí)別非常小的舵機(jī)，根本無(wú)法滿(mǎn)足運(yùn)載火箭推力矢量控制的使用要求。但是近一二十年來(lái)，隨著電力電子技術(shù)、功率驅(qū)動(dòng)技術(shù)、磁性材料技術(shù)以及高性能數(shù)字控制技術(shù)的飛速發(fā)展，機(jī)電伺服技術(shù)用于中大型固體運(yùn)載火箭的推力矢量控制成為可能。

機(jī)電伺服系統(tǒng)為達(dá)到推力矢量控制的目的，伺服系統(tǒng)中必須包含一套動(dòng)力執(zhí)行機(jī)構(gòu)，用于輸出伸縮動(dòng)作，起到搖擺發(fā)動(dòng)機(jī)噴管的作用；必須包含一套控制驅(qū)動(dòng)設(shè)備，用于執(zhí)行閉環(huán)控制算法，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出功率；必須包含一套運(yùn)載火箭上使用的能源，為整個(gè)伺服系統(tǒng)提供初級(jí)能源。

更具體地，根據(jù)固體運(yùn)載火箭推力矢量控制使用的實(shí)際要求，機(jī)電伺服系統(tǒng)主要由以下幾個(gè)部分組成：機(jī)電傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、伺服電機(jī)、伺服控制驅(qū)動(dòng)器、伺服動(dòng)力電源(含激活控制器)以及相應(yīng)電纜網(wǎng)，機(jī)電傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與伺服電機(jī)共同構(gòu)成機(jī)電作動(dòng)器。其中伺服動(dòng)力電源為整個(gè)系統(tǒng)提供初級(jí)直流電能；伺服控制驅(qū)動(dòng)器通過(guò)功率逆變電路，運(yùn)行閉環(huán)控制算法，根據(jù)使用要求與系統(tǒng)狀態(tài)信息，將伺服動(dòng)力電源提供的直流電能逆變?yōu)槿嘟涣麟娔埽峁┙o伺服電機(jī)；而伺服電機(jī)作為整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)力執(zhí)行元件，輸出轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速機(jī)械功率，帶動(dòng)機(jī)電傳動(dòng)機(jī)構(gòu)做功，實(shí)現(xiàn)推力矢量控制，電纜網(wǎng)負(fù)責(zé)將相關(guān)部分連接起來(lái)。

傳統(tǒng)的機(jī)電伺服系統(tǒng)中，由于其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等原因，一般其功率越大，占用空間也相對(duì)越大，而隨著運(yùn)載火箭的技術(shù)發(fā)展，特別是固體發(fā)動(dòng)機(jī)噴管附近各類(lèi)設(shè)備較多，空間布局緊張，各種安裝尺寸受限的情況，傳統(tǒng)的機(jī)電伺服系統(tǒng)已經(jīng)難以滿(mǎn)足空間布局緊張的運(yùn)載火箭的要求。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型旨在提供一種降低軸向空間要求的推力矢量控制的機(jī)電伺服系統(tǒng)。

本實(shí)用新型提供了一種推力矢量控制的機(jī)電伺服系統(tǒng)，包括兩臺(tái)機(jī)電作動(dòng)器、一臺(tái)主伺服控制驅(qū)動(dòng)器、一臺(tái)從伺服控制驅(qū)動(dòng)器以及提供電源的一臺(tái)伺服動(dòng)力電源，其中，主伺服控制驅(qū)動(dòng)器和從伺服控制驅(qū)動(dòng)器分別驅(qū)動(dòng)控制一臺(tái)機(jī)電作動(dòng)器，機(jī)電作動(dòng)器為平行式機(jī)電作動(dòng)器，平行式機(jī)電作動(dòng)器包括伺服電機(jī)和滾珠絲杠傳動(dòng)機(jī)構(gòu)以及驅(qū)動(dòng)連接伺服電機(jī)和滾珠絲杠傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，滾珠絲杠傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和伺服電機(jī)平行布置。

進(jìn)一步地，主伺服控制驅(qū)動(dòng)器和從伺服控制驅(qū)動(dòng)器包括相互連接并通信的CAN總線(xiàn)連接器；主伺服控制驅(qū)動(dòng)器還包括1553B總線(xiàn)連接器。

進(jìn)一步地，主伺服控制驅(qū)動(dòng)器和從伺服控制驅(qū)動(dòng)器的CAN總線(xiàn)連接器通過(guò)雙冗余CAN總線(xiàn)連接。

進(jìn)一步地，機(jī)電作動(dòng)器包括動(dòng)力電輸入連接器、電機(jī)轉(zhuǎn)子位置反饋電連接器和線(xiàn)位移反饋連接器。

進(jìn)一步地，主伺服控制驅(qū)動(dòng)器和從伺服控制驅(qū)動(dòng)器均還包括三相交流動(dòng)力電源連接器、直流電源輸入連接器和作動(dòng)器反饋連接器；其中，三相交流動(dòng)力電源連接器與機(jī)電作動(dòng)器的動(dòng)力電輸入連接器連接；直流電源輸入連接器與伺服動(dòng)力電源連接；作動(dòng)器反饋連接器與機(jī)電作動(dòng)器的電機(jī)轉(zhuǎn)子位置反饋電連接器和線(xiàn)位移反饋連接器連接。

進(jìn)一步地，機(jī)電伺服系統(tǒng)還包括一臺(tái)激活控制器，激活控制器包括接收飛行器中央控制系統(tǒng)發(fā)送的激活指令的接收電連接器，和向伺服動(dòng)力電源發(fā)送激活信號(hào)的發(fā)送電連接器。

本實(shí)用新型還提供了一種飛行器，包括發(fā)動(dòng)機(jī)噴管，飛行器還包括前述的推力矢量控制的機(jī)電伺服系統(tǒng)，機(jī)電伺服系統(tǒng)的機(jī)電作動(dòng)器驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)噴管擺動(dòng)。

進(jìn)一步地，機(jī)電作動(dòng)器包括上支耳和下支耳，發(fā)動(dòng)機(jī)噴管擺動(dòng)地設(shè)置在噴管固定架上，機(jī)電作動(dòng)器的上支耳與噴管固定架鉸接，下支耳與發(fā)動(dòng)機(jī)噴管鉸接。

進(jìn)一步地，機(jī)電作動(dòng)器為兩臺(tái)，兩臺(tái)機(jī)電作動(dòng)器沿圓周方向相差90°布置。