[發明專利]一種直升機電動尾槳變距變速協同控制方法及裝置

有效

• 申請號: 201810373517.3
• 申請日: 2018-04-24
• 公開（公告）號: CN108750086B
• 公開（公告）日: 2021-04-30
• 發明（設計）人: 戴躍洪;唐鵬;王飛;李照陽
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: B64C27/14
• 分類號: B64C27/14;B64C27/54
• 代理公司: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 陳一鑫

該發明公開了一種直升機電動尾槳變距變速協同控制方法，屬于直升機技術領域，更為具體的講，是一種針對直升機的電動式尾槳的控制方法。本發明提出的電動尾槳控制方法，一方面，能夠保證尾槳轉速，在大部分工況下，較傳統的機械傳動式尾槳轉速低，從而降低直升機尾槳系統需用功率，節約能耗；另一方面，該控制方法考慮了由于槳葉慣性導致調速響應慢，以及單純的在低槳速調距導致控制余量的問題，提出協同變距變速機制，保證了電動尾槳的動態響應性能和足夠的控制余量。

技術領域

本發明屬于直升機技術領域，更為具體的講，是一種針對直升機的電動式尾槳的控制方法。

技術背景

傳統的直升機尾槳操縱較復雜，其轉速因與主旋翼傳動鏈相耦合而不能實現獨立調速，而獨立式電驅動尾槳，可以減少大部分機械傳動部件、降低機構的復雜性，從而提高直升機的安全性和可靠性，但電動式尾槳的控制方法一直是個難點技術問題，專利《直升機的尾槳驅動系統及其控制方法》(授權號：CN 105667786B)提出的尾槳控制方法，采用的是根據直升機飛行狀態確定最優轉速、繼而控制電機調速，再通過偏航通道的陀螺儀反饋的數據，確定槳距角控制量。該方法并沒有考慮到旋翼慣性和槳距角余量的問題，在尾槳需用推力急劇上升情況下，偏航通道的動態性能難以保證。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的缺點，提供一種直升機電動尾槳裝置的設計方案，以及變距變速協同控制方法，它只需根據偏航通道的飛控指令和陀螺儀數據，實時確定槳速、槳距角的調節量，減少了原有方法計算的復雜性和實用性，同時保證尾槳快速的動態響應。

本發明通過以下技術方案來實現：一種直升機電動尾槳裝置，該裝置包括尾槳、電動機-減速器一體機、動力電逆變器、控制器、動力蓄電池、起動/發電機及整流器、低壓二次電源；所述的尾槳包括尾旋翼以及舵機在內的變距機構，舵機帶動變距機構調節尾旋翼的槳距角，尾旋翼與電動機-減速器一體機連接；所述動力電逆變器一邊與電動機-減速器一體機連接，另一邊與動力蓄電池連接，動力電逆變器可將動力蓄電池中的電力提供給電動機-減速器一體機，也可以將電動機-減速器一體機減速時產生的電力存儲到動力蓄電池中；所述控制器控制動力電逆變器的電流方向；所述低壓二次電源為動力電逆變器、控制器提供電力；所述起動/發電機及整流器為尾槳提供穩定的電力，在動力蓄電池電量不夠的情況下，為動力蓄電池充電。

一種直升機電動尾槳變距變速協同控制方法，控制器集成了實時計算尾槳槳距角和轉速的優化匹配模塊，即變距變速協同機制，以及對舵機的位置閉環控制方法、對電機的速度、電流閉環控制方法。控制器輸入包括由直升機總控制器傳遞的偏航指令r_d、主旋翼變距信息δ_m，以及直升機偏航通道的陀螺儀實時反饋的角速率信息r_bf。通過輸入的信息，確定尾槳所需產生推力的變化，結合尾槳當前轉速ω_fd與舵機轉角反饋值δ_fd，利用變距變速協同機制實時確定槳速和槳距角的調節量Δω、Δδ，然后將所需槳速ω_ped和槳距δ_ped信息分別傳遞給電機轉速控制模塊和舵機控制模塊，電機和舵機同時驅動尾槳、變距機構運動，實現變距變速協同控制的目的，完成電動尾槳平衡主旋翼扭矩和偏航的功能。

本發明中的變距變速協同機制是電動尾槳實現調節偏航通道推力或拉力的關鍵之處，本發明技術方案為：一種直升機電動尾槳變距變速協同控制方法，該方法為當電動尾槳控制器接受到來自直升機總控制器發出的偏航速率指令r_d與主旋翼變距信息δ_m、陀螺儀反饋的角速率信息r_bf，首先計算尾槳所需推力較上一周期應該減小(T_L-)或增大(T_L+)；