[发明专利]空气动力控制用机电伺服系统

说明书

技术领域

本发明涉及飞行器领域，具体而言，涉及一种空气动力控制用机电伺服系统。

背景技术

对运载火箭及其有效载荷飞行器等的飞行控制执行闭环系统一般统称为伺服系统，伺服系统的典型应用之一就是驱动空气舵面摆动，从而改变飞行器气动外形产生气动力矩，进而控制飞行器的姿态，如民用飞机的各种舵面就是利用伺服系统进行空气动力控制的典型应用，利用气动舵面的摆动可以控制飞机飞行的姿态。随着科技的发展和航空航天应用需求的不断提升，伺服系统在大气层内飞行的飞行器上应用也越来越多。

近年来，随着机电伺服技术的飞速发展，同时机电伺服系统因其固有的组成与结构简单、使用及维护方便等显著优点，逐渐成为各种飞行器伺服系统主流应用产品。伺服系统为达到空气动力控制的目的，一般包括一套动力执行机构，用于输出伸缩动作，起到摆动舵面的作用(飞行器每个舵面对应一套执行机构)；一套控制驱动设备，用于执行闭环控制算法，驱动执行机构输出功率；一套可以在飞行器上使用的能源设备，为整个伺服系统提供初级能源。

更具体地，在飞行器上采用的机电伺服系统一般由以下几个部分组成：机电作动器(包含伺服电机与传动机构)、伺服控制器、伺服驱动器、伺服动力电源以及相应电缆网。其中伺服动力电源为整个机电伺服系统提供初级直流电能；伺服控制器用来接收控制指令信号，接收系统反馈状态信息，运行闭环控制算法，生成功率驱动指令；伺服驱动器通过功率逆变电路，将伺服动力电源提供的直流电能逆变为三相交流电能，提供给伺服电机；而伺服电机作为整个系统的动力执行元件，输出转矩、转速功率运动，带动机电传动机构做功，实现空气动力控制；而电缆网负责将相关部分连接起来。

以上组成是机电伺服系统用于空气动力控制的基本组成部分，随着大气层飞行器对各项性能要求的不断提升，飞行器对重量与体积的要求极其苛刻，伺服系统如果能降低自身重量，则在相同飞行距离情况下则可以提高有效载荷质量，或在有效载荷质量不变的情况下增加飞行距离。因此，对伺服系统提出了更多更高的全新要求。若采用传统的设计方式，整个伺服系统的体积与重量都无法满足飞行器的安装与使用要求，因此需要设计一种小型化、集成化、轻质化机电伺服系统。

发明内容

本发明旨在提供一种降低重量和体积的空气动力控制用机电伺服系统。

本发明提供了一种空气动力控制用机电伺服系统，包括四台机电作动器、一台主伺服控制驱动器、一台从伺服控制驱动器以及提供电源的至少一台伺服动力电源，其中，主伺服控制驱动器驱动控制四台机电作动器中的两台，从伺服控制驱动器驱动控制四台机电作动器中的另外两台。

进一步地，主伺服控制驱动器和从伺服控制驱动器包括相互连接并通信的CAN总线连接器；主伺服控制驱动器还包括1553B总线连接器。

进一步地，主伺服控制驱动器和从伺服控制驱动器的CAN总线连接器通过双冗余CAN总线连接。

进一步地，每台机电作动器包括动力电输入连接器、电机转子位置反馈电连接器和线位移反馈连接器。

进一步地，主伺服控制驱动器和从伺服控制驱动器均还包括三相交流动力电源连接器、直流电源输入连接器和作动器反馈连接器；其中，三相交流动力电源连接器与机电作动器的动力电输入连接器连接；直流电源输入连接器与至少一台伺服动力电源连接；作动器反馈连接器与机电作动器的电机转子位置反馈电连接器和线位移反馈连接器连接。

进一步地，伺服动力电源为两台，且伺服动力电源采用热电池。

本发明还提供了一种飞行器，包括四个控制舵，飞行器还包括上述机电伺服系统，机电伺服系统的四台机电作动器一一对应驱动四个控制舵。

进一步地，每台机电作动器包括伺服电机、与伺服电机配合的传动机构、与伺服电机定子固定连接的上支耳，以及与传动机构输出轴连接的下支耳；控制舵具有舵轴以及与舵轴固定连接的摇臂，上支耳与飞行器的传动支架铰接，下支耳与摇臂铰接以驱动控制舵摆动。

进一步地，飞行器呈圆柱型，四个控制舵沿圆周截面均匀分布，四台机电作动器与四个控制舵对应均匀分布。

进一步地，主伺服控制驱动器、从伺服控制驱动器和至少一台伺服动力电源通过支架固定在飞行器的内舱壁上。

根据本发明的机电伺服系统及飞行器，主伺服控制驱动器和从伺服控制驱动器分别控制两台机电作动器，相比现有技术，能够有效减少整个机电伺服系统的电子设备数量，从而提高设备集成度，有效地减小总体积，也降低了总重量。

附图说明