一種飛機主動側桿制造技術

本實用新型專利技術公開了一種兩自由度的飛機主動側桿，分別控制飛機的俯仰運動和滾轉運動。針對機械結構以及硬件組成，其主要由兩部分構成，即監控模塊和側桿模塊。采用力矩電機加載力的方式，以及行星齒輪減速器的傳動方式，可以保證電機輸出較大的轉矩；通過采用內外框的機械結構保證了主動側桿在控制飛機的俯仰運動以及滾轉運動時，主動側桿的運動不會發生耦合；通過優化機械結構，大大減輕了主動側桿系統的重量，同時也大大減輕了主動側桿系統的體積。采用STM32微控制器、霍爾閉環電流傳感器、電阻應變片式桿力傳感器、精密旋轉式電位器以及增量式編碼器，不僅使得系統由較少的硬件組成，提高了系統的穩定性；也大大降低了主動側桿系統的成本。

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及飛機控制系統，尤其涉及一種飛機主動側桿。
技術介紹
飛機的人感系統可以使飛行員在操縱飛機時有控制力感，可以影響飛機的操縱性能，是飛機操縱系統的十分重要的組成部分。目前，大多數飛機均采用了電傳飛行控制系統，其中，彈簧加載的被動駕駛桿系統構成了這些飛機的人感系統。這種類型的駕駛桿具有十分簡單的結構，安裝十分方便，操作起來也很穩定，但是最大的缺點是駕駛桿力與桿位移間是固定不變的正比例關系，不能反映飛機的飛行狀態；由于飛行員感受不到飛機的飛行狀態，飛機的飛行品質和操縱品質會有所下降。為了避免這種缺點，主動駕駛桿系統應運而生。這種駕駛桿系統與飛行控制系統構成了閉環回路，使得飛控計算機可以與駕駛桿實時地互相通信。采用這種方式后，飛行員可以通過駕駛桿手柄上的力準確地判斷出飛機的飛行狀態，因此可以提高飛機的操縱特性和飛行品質。現有技術中的主動側桿的桿力加載方式主要有三種：彈簧加載、電液加載和電動加載。由于彈簧加載的方式，力位移曲線固定，其不能算作主動側桿；電液加載方式體積重量大而且噪音大；國外采用無刷直流力矩電機的加載方式相比本方案的有刷直流永磁力矩電機，控制更負載，電機本體的體積重量更大。關于主動側桿的機械結構，目前有萬向節、鉸鏈四桿機構、齒輪傳動機構，前兩種在機械結構上會存在卡死現象的可能，而第三種，一般采用普通的直齒圓柱齒輪，這種結構雖然不存在卡死現象，但是體積重量很大，加工和裝配的精度也較差。本技術采用內外框的機械結構，同時采用精密行星齒輪減速器和精密直角轉向器，這樣大大減輕了該系統的重量減輕了體積，更具裝備意義。
技術實現思路
本技術所要解決的技術問題是針對
技術介紹
中所涉及到的缺陷，提供一種飛機主動側桿。本技術為解決上述技術問題采用以下技術方案：一種飛機主動側桿，包含駕駛桿、第一微控制單元和第二微控制單元；所述駕駛桿包含殼體、手柄、桿力傳感器、桿體、第一軸、第二軸、第一對軸承和第二對軸承；所述第一軸、第二軸采用內外框的形式，第一軸為內框軸，第二軸為外框軸，第一軸能夠在第二軸的滑槽滑動；所述殼體為上下開口的矩形，第一對軸承、第二對軸承對應設置在其四壁的中心上；所述第一軸、第二軸分別通過第一對軸承、第二對軸承承載，且兩端均伸出所述殼體；所述桿體的下端與第一軸固連，上端與桿力傳感器的底部固連，桿力傳感器的頂部與手柄固連；所述桿力傳感器用于測量飛行員施加在駕駛桿手柄上的力；所述手柄上設有用于切換側桿的工作模式的切換開關，所述工作模式包含主動模式、隨動模式、配平模式以及被動模式；所述第一微控制單元包含第一旋轉式電位器、第一齒輪減速器、第一力矩電機、第一編碼器、第一微控制器、第一PWM電機驅動模塊、第一固態繼電器、第一手柄力調制信號電路、第一角位移信號調制電路、和第一電流傳感器；所述第一旋轉式電位器的輸入端與第一軸的一端連接，輸出端與第一角位移信號調制電路輸入端相連；所述第一齒輪減速器通過法蘭盤固定在所述殼體上，輸出孔與第一軸的另一端連接，輸入孔與第一力矩電機輸出軸的一端連接；所述第一編碼器的碼盤與第一力矩電機輸出軸的另一端連接，用于測量第一力矩電機輸出軸的轉速，并將其傳遞給所述第一微控制器；所述第一手柄力調制信號電路的輸入端與桿力傳感器電路電氣相連；所述第一PWM電機驅動模塊輸出端通過第一固態繼電器與所述第一力矩電機電氣相連；所述第一電流傳感器用于感應第一力矩電機的電樞電流，并將其傳遞給所述第一微控制器；所述第一微控制器分別和第一手柄力調制信號電路的輸出端、第一PWM電機驅動模塊的輸入端、第一固態繼電器的控制端、第一角位移信號調制電路的輸出端、第一編碼器的輸出端、第一電流傳感器、桿力傳感器、以及監控模塊電氣相連，用于根據獲得的桿力傳感器在第一軸上的桿力輸出信號、第一力矩電機的電樞電流信號、第一角位移信號調制電路的轉角信號以及第一力矩電機的轉速信號輸出PWM波到第一PWM電機驅動模塊，控制第一力矩電機的運行，同時通過自身所帶的串口功能與監控模塊進行串口通信，向監控模塊傳送側桿裝置的狀態信息；所述第二微控制單元包含第二旋轉式電位器、第二齒輪減速器、第二力矩電機、第二編碼器、第二微控制器、第二PWM電機驅動模塊、第二固態繼電器、第二角位移信號調制電路、第二手柄力調制信號電路、齒輪減速箱、直角換向器和第二電流傳感器；所述第二旋轉式電位器的輸入端與第二軸的一端連接，輸出端與第二角位移信號調制電 路輸入端相連；所述第二軸的另一端與齒輪減速箱的輸入齒輪連接，齒輪減速箱的輸出齒輪與直角換向器的輸出軸連接；所述直角換向器通過法蘭盤固定在所述殼體上，輸入端與第二齒輪減速器的輸出孔連接；所述第二齒輪減速器通過法蘭盤固定在所述殼體上，輸入孔與第二力矩電機輸出軸的一端連接；所述第二編碼器的碼盤與第二力矩電機輸出軸的另一端連接，用于測量第二力矩電機輸出軸的轉速，并將其傳遞給所述第二微控制器；所述第二手柄力調制信號電路的輸入端與桿力傳感器電路電氣相連；所述第二PWM電機驅動模塊輸出端通過第二固態繼電器與所述第二力矩電機電氣相連；所述第二電流傳感器用于感應第二力矩電機的電樞電流，并將其傳遞給所述第二微控制器；所述第二微控制器分別和第二手柄力調制信號電路的輸出端、第二PWM電機驅動模塊的輸入端、第二固態繼電器的控制端、第二角位移信號調制電路的輸出端、第二編碼器的輸出端、第二電流傳感器、桿力傳感器、以及監控模塊電氣相連，用于根據獲得的桿力傳感器在第二軸上的桿力輸出信號、第二力矩電機的電樞電流信號、第二角位移信號調制電路的轉角信號以及第二力矩電機的轉速信號輸出PWM波到第二PWM電機驅動模塊，控制第二力矩電機的運行，同時通過自身所帶的串口功能與監控模塊進行串口通信，向監控模塊傳送側桿裝置的狀態信息。作為本技術一種飛機主動側桿進一步的優化方案，所述桿力傳感器采用2維電阻應變片式桿力傳感器，分別對應第一軸上的力和第二軸上的力。作為本技術一種飛機主動側桿進一步的優化方案，所述第一、第二齒輪減速器采用精密行星齒輪減速器。作為本技術一種飛機主動側桿進一步的優化方案，所述第一、第二力矩電機采用峰值堵轉電壓為27V的稀土永磁直流有刷力矩電機。作為本技術一種飛機主動側桿進一步的優化方案，所述直角換向器采用精密伺服錐齒輪直角換向器。作為本技術一種飛機主動側桿進一步的優化方案，所述第一、第二微控制器采用STM32芯片。作為本技術一種飛機主動側桿進一步的優化方案，所述第一、第二旋轉式電位器采用電氣角度為90度的精密旋轉式電位器。作為本技術一種飛機主動側桿進一步的優化方案，所述第一、第二編碼器采用高線數的增量式編碼器。作為本技術一種飛機主動側桿進一步的優化方案，所述第一、第二電流傳感器采用霍爾閉環電流傳感器。本技術采用以上技術方案與現有技術相比，具有以下技術效果：1.可以減小飛機主動駕駛桿系統的體積和重量，更有實際裝備意義；2.通過設計控制律可以使駕駛桿有較快的響應速度；3.駕駛桿系統的中立位，可以根據飛行員的習慣，方便調節，并且駕駛桿回中過程迅速，回中位置精確；4.能夠提供較高精度的桿力信息；5.通過固態繼電器來切換，使得硬件結構簡單，控制簡單，主動側桿更穩定，能夠在更惡劣的機載環境工作。6.該系統本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種飛機主動側桿，其特征在于，包含駕駛桿、第一微控制單元和第二微控制單元；所述駕駛桿包含殼體、手柄、桿力傳感器、桿體、第一軸、第二軸、第一對軸承和第二對軸承；所述第一軸、第二軸采用內外框的形式，第一軸為內框軸，第二軸為外框軸，第一軸能夠在第二軸的滑槽滑動；所述殼體為上下開口的矩形，第一對軸承、第二對軸承對應設置在其四壁的中心上；所述第一軸、第二軸分別通過第一對軸承、第二對軸承承載，且兩端均伸出所述殼體；所述桿體的下端與第一軸固連，上端與桿力傳感器的底部固連，桿力傳感器的頂部與手柄固連；所述桿力傳感器用于測量飛行員施加在駕駛桿手柄上的力；所述手柄上設有用于切換側桿的工作模式的切換開關，所述工作模式包含主動模式、隨動模式、配平模式以及被動模式；所述第一微控制單元包含第一旋轉式電位器、第一齒輪減速器、第一力矩電機、第一編碼器、第一微控制器、第一PWM電機驅動模塊、第一固態繼電器、第一手柄力調制信號電路、第一角位移信號調制電路、和第一電流傳感器；所述第一旋轉式電位器的輸入端與第一軸的一端連接，輸出端與第一角位移信號調制電路輸入端相連；所述第一齒輪減速器通過法蘭盤固定在所述殼體上，輸出孔與第一軸的另一端連接，輸入孔與第一力矩電機輸出軸的一端連接；所述第一編碼器的碼盤與第一力矩電機輸出軸的另一端連接，用于測量第一力矩電機輸出軸的轉速，并將其傳遞給所述第一微控制器；所述第一手柄力調制信號電路的輸入端與桿力傳感器電路電氣相連；所述第一PWM電機驅動模塊輸出端通過第一固態繼電器與所述第一力矩電機電氣相連；所述第一電流傳感器用于感應第一力矩電機的電樞電流，并將其傳遞給所述第一微控制器；所述第一微控制器分別和第一手柄力調制信號電路的輸出端、第一PWM電機驅動模塊的輸入端、第一固態繼電器的控制端、第一角位移信號調制電路的輸出端、第一編碼器的輸出端、第一電流傳感器、桿力傳感器、以及監控模塊電氣相連，用于根據獲得的桿力傳感器在第一軸上的桿力輸出信號、第一力矩電機的電樞電流信號、第一角位移信號調制電路的轉角信號以及第一力矩電機的轉速信號輸出PWM波到第一PWM電機驅動模塊，控制第一力矩電機的運行，同時通過自身所帶的串口功能與監控模塊進行串口通信，向監控模塊傳送側桿裝置的狀態信息；所述第二微控制單元包含第二旋轉式電位器、第二齒輪減速器、第二力矩電機、第二編碼器、第二微控制器、第二PWM電機驅動模塊、第二固態繼電器、第二角位移信號調制電路、第二手柄力調制信號電路、齒輪減速箱、直角換向器和第二電流傳感器；所述第二旋轉式電位器的輸入端與第二軸的一端連接，輸出端與第二角位移信號調制電路輸入端相連；所述第二軸的另一端與齒輪減速箱的輸入齒輪連接，齒輪減速箱的輸出齒輪與直角換向器的輸出軸連接；所述直角換向器通過法蘭盤固定在所述殼體上，輸入端與第二齒輪減速器的輸出孔連接；所述第二齒輪減速器通過法蘭盤固定在所述殼體上，輸入孔與第二力矩電機輸出軸的一端連接；所述第二編碼器的碼盤與第二力矩電機輸出軸的另一端連接，用于測量第二力矩電機輸出軸的轉速，并將其傳遞給所述第二微控制器；所述第二手柄力調制信號電路的輸入端與桿力傳感器電路電氣相連；所述第二PWM電機驅動模塊輸出端通過第二固態繼電器與所述第二力矩電機電氣相連；所述第二電流傳感器用于感應第二力矩電機的電樞電流，并將其傳遞給所述第二微控制器；所述第二微控制器分別和第二手柄力調制信號電路的輸出端、第二PWM電機驅動模塊的輸入端、第二固態繼電器的控制端、第二角位移信號調制電路的輸出端、第二編碼器的輸出端、第二電流傳感器、桿力傳感器、以及監控模塊電氣相連，用于根據獲得的桿力傳感器在第二軸上的桿力輸出信號、第二力矩電機的電樞電流信號、第二角位移信號調制電路的轉角信號以及第二力矩電機的轉速信號輸出PWM波到第二PWM電機驅動模塊，控制第二力矩電機的運行，同時通過自身所帶的串口功能與監控模塊進行串口通信，向監控模塊傳送側桿裝置的狀態信息。...

【技術特征摘要】
1.一種飛機主動側桿，其特征在于，包含駕駛桿、第一微控制單元和第二微控制單元；所述駕駛桿包含殼體、手柄、桿力傳感器、桿體、第一軸、第二軸、第一對軸承和第二對軸承；所述第一軸、第二軸采用內外框的形式，第一軸為內框軸，第二軸為外框軸，第一軸能夠在第二軸的滑槽滑動；所述殼體為上下開口的矩形，第一對軸承、第二對軸承對應設置在其四壁的中心上；所述第一軸、第二軸分別通過第一對軸承、第二對軸承承載，且兩端均伸出所述殼體；所述桿體的下端與第一軸固連，上端與桿力傳感器的底部固連，桿力傳感器的頂部與手柄固連；所述桿力傳感器用于測量飛行員施加在駕駛桿手柄上的力；所述手柄上設有用于切換側桿的工作模式的切換開關，所述工作模式包含主動模式、隨動模式、配平模式以及被動模式；所述第一微控制單元包含第一旋轉式電位器、第一齒輪減速器、第一力矩電機、第一編碼器、第一微控制器、第一PWM電機驅動模塊、第一固態繼電器、第一手柄力調制信號電路、第一角位移信號調制電路、和第一電流傳感器；所述第一旋轉式電位器的輸入端與第一軸的一端連接，輸出端與第一角位移信號調制電路輸入端相連；所述第一齒輪減速器通過法蘭盤固定在所述殼體上，輸出孔與第一軸的另一端連接，輸入孔與第一力矩電機輸出軸的一端連接；所述第一編碼器的碼盤與第一力矩電機輸出軸的另一端連接，用于測量第一力矩電機輸出軸的轉速，并將其傳遞給所述第一微控制器；所述第一手柄力調制信號電路的輸入端與桿力傳感器電路電氣相連；所述第一PWM電機驅動模塊輸出端通過第一固態繼電器與所述第一力矩電機電氣相連；所述第一電流傳感器用于感應第一力矩電機的電樞電流，并將其傳遞給所述第一微控制器；所述第一微控制器分別和第一手柄力調制信號電路的輸出端、第一PWM電機驅動模塊的輸入端、第一固態繼電器的控制端、第一角位移信號調制電路的輸出端、第一編碼器的輸出端、第一電流傳感器、桿力傳感器、以及監控模塊電氣相連，用于根據獲得的桿力傳感器在第一軸上的桿力輸出信號、第一力矩電機的電樞電流信號、第一角位移信號調制電路的轉角信號以及第一力矩電機的轉速信號輸出PWM波到第一PWM電機驅動模塊，控制第一力矩電機的運行，同時通過自身所帶的串口功能與監控模塊進行串口通信，向監控模塊傳送側桿裝置的狀態信息；所述第二微控制單元包含第二旋轉式電位器、第二齒輪減速器、第二力矩電機、第二編碼器、第二微控制器、第二PWM電機驅動模塊、第二固態繼電器、第二角位移信號調制電路、第二手柄力調制信號電...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王歡，孫永榮，熊智，
申請(專利權)人：南京航空航天大學，
類型：新型
國別省市：江蘇;32