[發(fā)明專利]一種針對(duì)主動(dòng)側(cè)桿的先進(jìn)控制器設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710436140.7
• 申請(qǐng)日: 2017-06-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107255990B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-08-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郗璽;劉貝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)公司西安飛行自動(dòng)控制研究所
• 主分類號(hào): G05B19/05
• 分類號(hào): G05B19/05
• 代理公司: 中國(guó)航空專利中心 11008
• 代理人: 杜永保

本發(fā)明一種針對(duì)主動(dòng)側(cè)桿的先進(jìn)控制器設(shè)計(jì)方法屬于民機(jī)主動(dòng)側(cè)桿控制技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種針對(duì)中小功率正弦波電機(jī)矢量控制的伺服控制器硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)方法。通過(guò)機(jī)箱、電源板、電流采集板和數(shù)字伺服控制板的設(shè)計(jì)，搭建了主動(dòng)側(cè)桿伺服控制系統(tǒng)電子驗(yàn)證平臺(tái)，完成了主動(dòng)側(cè)桿控制方面的相關(guān)技術(shù)驗(yàn)證和工程化實(shí)現(xiàn)。通過(guò)處理器和現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列并行工作結(jié)構(gòu)、處理器事件管理器模塊直接輸出脈寬調(diào)制信號(hào)、旋轉(zhuǎn)變壓器專用解碼芯片完成轉(zhuǎn)子位置和速度的高精度解調(diào)、分頻模數(shù)采樣并選擇合適的濾波設(shè)計(jì)完成高速高精度的電流采集，解決了影響中小功率正弦波電機(jī)矢量控制性能的關(guān)鍵問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了空間矢量脈寬調(diào)制技術(shù)對(duì)主動(dòng)側(cè)桿正弦波電機(jī)的精確控制。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明一種針對(duì)主動(dòng)側(cè)桿的先進(jìn)控制器設(shè)計(jì)方法屬于民機(jī)主動(dòng)側(cè)桿控制技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

主動(dòng)側(cè)桿系統(tǒng)的主要構(gòu)成包括：手柄、操縱桿、縱橫向電機(jī)、力-位移傳感器及本發(fā)明涉及的控制器。其基本原理是通過(guò)電控人桿原理調(diào)整駕駛桿的“力-位移”特性，反饋飛機(jī)的狀態(tài)信息，從而加強(qiáng)駕駛員的“情景意識(shí)”，獲得更好的操縱性能。同時(shí)，主動(dòng)側(cè)桿系統(tǒng)能夠在自動(dòng)駕駛時(shí)跟隨駕駛儀指令，使駕駛員感受到駕駛儀的指令跟隨。隨著電傳飛控系統(tǒng)在民機(jī)上的應(yīng)用，空客(Airbus)在A320飛機(jī)率先采用了側(cè)桿操縱裝置。在飛機(jī)操縱系統(tǒng)中側(cè)桿裝置相對(duì)于中央駕駛盤而言，具有擴(kuò)大視野，改善座艙布局、降低維護(hù)成本，改善操縱品質(zhì)等優(yōu)點(diǎn)。主動(dòng)側(cè)桿控制器采用四通道數(shù)字伺服控制電路，接收飛行控制計(jì)算機(jī)對(duì)于側(cè)桿的數(shù)字控制指令，綜合位置、速度、電流及桿力反饋信號(hào)后驅(qū)動(dòng)舵機(jī)，自主閉環(huán)控制一套主動(dòng)側(cè)桿系統(tǒng)，使側(cè)桿完成相應(yīng)的控制功能。

國(guó)外研究現(xiàn)狀，上世紀(jì)90年代隨著電動(dòng)技術(shù)的發(fā)展，電動(dòng)操縱負(fù)荷系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用。霍尼韋爾生產(chǎn)了主動(dòng)式的伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)式的駕駛桿；德國(guó)宇航中心(GetmanAerospace Center，DLR)研制了主動(dòng)式的電磁驅(qū)動(dòng)的駕駛桿；隨著技術(shù)的發(fā)展，目前主動(dòng)側(cè)桿核心部件采用力矩電機(jī)作為執(zhí)行元件。Stirling、BAE、Honeywell、Collins等公司經(jīng)過(guò)多年的技術(shù)研究，相續(xù)研制出民機(jī)主動(dòng)側(cè)桿控制系統(tǒng)工程樣機(jī)，并在實(shí)驗(yàn)室級(jí)的環(huán)境下進(jìn)行試飛驗(yàn)證，已儲(chǔ)備了滿足下一代戰(zhàn)斗機(jī)和新型民機(jī)上應(yīng)用的主動(dòng)側(cè)桿技術(shù)。美國(guó)率先在F35第四代戰(zhàn)斗機(jī)上使用由Stirling公司提供的主動(dòng)側(cè)桿，而民用飛機(jī)的主動(dòng)側(cè)桿通過(guò)近20年的研究，技術(shù)趨于成熟。

國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀，西北工業(yè)大學(xué)、南京航空航天大學(xué)、北京航空航天大學(xué)等高校相續(xù)在此領(lǐng)域進(jìn)行了理論方面的研究。隨著國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)的國(guó)家立項(xiàng)，我國(guó)C919飛機(jī)后續(xù)的改型飛機(jī)及以后C929等大型客機(jī)，已將采用主動(dòng)側(cè)桿列入備選方案。到目前為止，國(guó)內(nèi)僅在此領(lǐng)域進(jìn)行了理論方面的研究，工程產(chǎn)品尚屬空白。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的為解決主動(dòng)側(cè)桿矢量控制技術(shù)硬件電路設(shè)計(jì)問(wèn)題，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種針對(duì)主動(dòng)側(cè)桿的先進(jìn)伺服控制器，完成主動(dòng)側(cè)桿控制方面的相關(guān)技術(shù)驗(yàn)證和工程化實(shí)現(xiàn)，搭建主動(dòng)側(cè)桿伺服系統(tǒng)電子驗(yàn)證平臺(tái)，為后續(xù)主動(dòng)側(cè)桿系統(tǒng)的研制奠定扎實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

一種針對(duì)主動(dòng)側(cè)桿的先進(jìn)控制器設(shè)計(jì)方法，所述方法采取以下步驟：

1)機(jī)箱設(shè)計(jì)，機(jī)箱由多塊功能單板層疊組合而成，從上至下依次為控制器電源板，電流采集板，數(shù)字伺服控制板，由板間接插件實(shí)現(xiàn)板間連接；

2)電源板設(shè)計(jì)，電源板的功能是實(shí)現(xiàn)一次電源綜合和交流電源的轉(zhuǎn)換、保護(hù)和輸出，以及電源監(jiān)控和信號(hào)轉(zhuǎn)接；電源板采用雙余度配置，為傳感器提供交流激磁電源；

3)電流采集板設(shè)計(jì)，電流采集板的功能為實(shí)現(xiàn)電樞電流采集和轉(zhuǎn)子位置旋變解調(diào)；電樞電流采集電路，利用采樣電阻對(duì)電樞電流進(jìn)行采集，經(jīng)過(guò)差分放大，比例運(yùn)算及一階濾波后，將采集信號(hào)輸出到數(shù)字伺服控制板；轉(zhuǎn)子位置旋變解調(diào)，采用解調(diào)芯片，實(shí)現(xiàn)傳感器勵(lì)磁供電及轉(zhuǎn)子位置解調(diào)；旋變解調(diào)結(jié)果，通過(guò)串行總線傳至數(shù)字伺服控制板，最終完成電機(jī)閉環(huán)伺服控制；