用于控制飛行器空氣舵負載擺角的空氣動力控制伺服系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于一種伺服系統(tǒng)，具體涉及一種用于控制飛行器空氣舵負載擺角的空氣動力控制伺服系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]與一般地面使用的軍、民用伺服系統(tǒng)相比，航天伺服系統(tǒng)對體積、重量、可靠性等有較高要求，總結來說主要具有高比功率、高可靠性、強環(huán)境適應性、高集成化、短時間工作的特點。
[0003]自20世紀50年代以來，液壓伺服系統(tǒng)以其具有的驅動能力大、動態(tài)響應快、比功率高等特點占據(jù)了航天伺服系統(tǒng)的主要陣地，大量航天型號的伺服系統(tǒng)均適用液壓伺服系統(tǒng)。但液壓伺服系統(tǒng)的缺陷也很明顯:組成復雜、工藝要求高、能源效率低、使用維護不便。
[0004]隨著20世紀70年代以來微電子技術、稀土永磁材料技術的快速發(fā)展，以及電動機、驅動控制理論的不斷提高，機電伺服系統(tǒng)在比功率、可靠性、集成化等方面逐步提高，并且機電伺服系統(tǒng)本身具有使用維護方面、能源效率高等優(yōu)點，使其在航天系統(tǒng)中得到應用，并取得良好效果。
[0005]目前成功應用的航天機電伺服系統(tǒng)已經(jīng)達到5kW級別，采用一臺驅動器控制一路機電作動器動作的工作方式，工作時間也只有幾十秒左右。對于飛行器空氣舵負載空氣動力控制要求，伺服系統(tǒng)必須具有“高功率質量比、快響應速度、高動態(tài)特性”等技術需求，加之需要進行空氣動力控制的飛行器空氣舵負載的伺服艙空間布局和質量限制，如果直接采用“一驅一”方案，將需要配套4臺伺服驅動器分別控制驅動4臺機電作動器，系統(tǒng)質量和空間布局都無法滿足技術要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種用于控制飛行器空氣舵負載擺角的空氣動力控制伺服系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠實現(xiàn)飛行器空氣舵負載的高動態(tài)、高工況要求，且體積小、重量輕、集成度高，滿足飛行器安裝空間狹小的特點。
[0007]實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術方案:一種用于控制飛行器空氣舵負載擺角的空氣動力控制伺服系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括與控制系統(tǒng)輸出端連接的主伺服控制驅動器，主伺服控制驅動器的輸出端連通一個從伺服控制驅動器和兩個主機電作動器，每個主機電作動器的輸出端各自連接一個主驅動負載；從伺服控制驅動器的輸出端連接兩個從機電作動器，每個從機電作動器的輸出端各自連接一個從驅動負載；主伺服控制驅動器接收控制系統(tǒng)發(fā)出的四路負載擺角位置指令信號，將第三負載和第四負載擺角位置指令信號傳輸給從伺服控制驅動器；同時，主伺服控制驅動器采集第一主機電作動器的電機旋變信號，轉換為電機轉子角度信號用于空間矢量控制算法；主伺服控制驅動器實時采集第一負載的位移反饋信號，并將位移反饋信號與控制系統(tǒng)第一負載擺角位置指令信號進行比較，計算位置指令信號與反饋位移信號之間的偏差，對偏差進行PID(比例、積分、微分)運算后，運用基于磁場定向的空間矢量控制算法生成第一驅動SVPWM信號；同理主伺服控制驅動器實時采集第二機電作動器的電機旋變信號和第二負載的位移反饋信號，通過PID算法和空間矢量控制算法計算第二驅動SVPWM信號。主伺服控制驅動器將兩路SVPWM信號進行放大、隔離、功率驅動后，分別驅動第一機電作動器的電機旋轉帶動第一負載擺動，和驅動第二機電作動器的電機旋轉帶動第二負載擺動。
[0008]所述的從伺服控制驅動器接收主伺服控制驅動器發(fā)出的第三、第四負載擺角位置指令信號；同時，從伺服控制驅動器采集第三機電作動器、第四機電作動器的電機旋變信號和第三負載、第四負載的位移反饋信號，通過PID算法和空間矢量控制算法分別計算第三、第四驅動SVPWM信號。從伺服控制驅動器將兩路SVPWM信號進行放大、隔離、功率驅動后，分別驅動第三機電作動器的電機旋轉帶動第三負載擺動，和驅動第四機電作動器的電機旋轉帶動第四負載擺動。
[0009]所述的主伺服控制驅動器包括第一主控芯片、1553B總線接口電路、第一 CAN總線接口電路、第一信號變換及處理電路、第二電流傳感器、第一電流傳感器、第二放大電路、第二隔離電路、第二功率驅動電路、第一功率驅動電路、第一隔離電路、第一放大電路、第一R/D變換電路、第二 R/D變換電路；1553B總線接口電路的一端與控制系統(tǒng)的信號輸出端連通，1553B總線接口電路的另一端與第一主控芯片的控制信號輸入端連通，第一主控芯片的SVPWM信號輸出端分別與第一放大電路、第二放大電路的信號輸入端連通，第一主控芯片的信號輸出端與第一 CAN總線接口電路的信號輸入端連通；第一放大電路的信號輸入端與第一隔離電路的信號輸入端連通，第一隔離電路的信號輸出端與第一功率驅動電路的信號輸入端連通；第二放大電路的信號輸出端與第二隔離電路的信號輸入端連通，第二隔離電路的信號輸入端與第二功率驅動電路的信號輸入端連通；第一主控芯片的反饋端分別與第一R/D變換電路、第二 R/D變換電路、第一信號變換及處理電路的信號輸出端連通，第一信號變換及處理電路的信號輸入端分別與第二電流傳感器、第一電流傳感器和第二電位計、第一電位計的信號輸出端連通；第一電流傳感器的信號輸入端與第一功率驅動電路的電流信號采集端連通，第二電流傳感器的信號輸入端與第二功率驅動電路的電流信號采集端連通。
[0010]所述的主機電作動器包括第一機電作動器、第二機電作動器，主驅動負載包括第一負載、第二負載，主伺服控制驅動器的信號輸出端分別與第一機電作動器、第二機電作動器的信號輸入端連通，第一機電作動器的信號輸出端與第一負載的輸入端連通；第二機電作動器的信號輸出端與第二負載的輸入端連通；第一機電作動器的信號采集端與第一負載的信號采集端連通，第二機電作動器的信號采集端與第二負載的信號采集端連通；第一機電作動器、第二機電作動器的信號反饋端均與主伺服控制驅動器的信號反饋端連通。
[0011]所述的第一機電作動器包括第一旋轉變壓器、第一電機、第一傳動機構、第一電位計；第一電機的驅動信號輸入端與第一功率驅動電路的驅動信號輸出端連通，第一電機的轉子位置輸出端與第一旋轉變壓器的信號輸入端連通，第一旋轉變壓器的信號輸出端與主伺服控制驅動器的第一 R/D變換電路的信號輸入端連通；第一電機的旋轉信號輸出端與第一傳動機構的信號輸入端連通，第一傳動機構的輸出端與第一負載的輸入端連通，第一負載的位移信號反饋端與第一電位計的信號采集端連通；第一電位計的信號輸出端與主伺服控制驅動器的第一信號變換及處理電路的信號輸入端連通；第二機電作動器包括第二旋轉變壓器、第二電機、第二傳動機構、第二電位計，第二電機的驅動信號輸入端與第二功率驅動電路的信號輸出端連通，第二電機的轉子位置輸出端與第二旋轉變壓器的信號輸入端連通，第二旋轉變壓器的信號輸出端與主伺服控制驅動器的第二 R/D變換電路的信號輸入端連通；第二電機的旋轉信號輸出端與第二傳動機構的信號輸入端連通，第二傳動機構的輸出端與第二負載的輸入端連通，第二負載的位移信號反饋端與第二電位計的信號采集端連通，第二電位計的信號輸出端與主伺服控制驅動器的第一信號變換及處理電路的信號輸入端連通。
[0012]所述的從伺服控制驅動器包括第二主控芯片、第二 CAN總線接口電路、第二信號變換及處理電路、第四電流傳感器、第三電流傳感器、第四放大電路、第四隔離電路、第四功率驅動電路、第三功率驅動電路、第三隔離電路、第三放大電路、第三R/D變換電路、第四R/D變換電路；第二 CAN總線接口電路的輸入端與第一 CAN總線接口電路的輸出端連通，第二CAN總線接口電路的輸出端與第二主控芯片的控制信號輸入端連通；第二主控芯片的SVPWM信號輸出端分別與第三放大電路、第四放大電路的信號輸入端連通；第三放大電路的信號輸出端與第三隔離電路的信號輸入端連通，第三隔離電路的信號輸出端與第三功率驅動電路的信號輸入端連通；第四放大電路的信號輸出端與第四隔離電路的信號輸入端連通，第四隔離電路的信號輸出端與第四功率驅動電路的信號輸入端連通；第二主控芯片的的反饋端與第二信號變換及處理電路的信號輸出端連通；第二信號變換及處理電路的信號輸入端分別與第三電流傳感器、第四電流傳感器和第三電位計、第四電位計的信號輸出端連通；第三電流傳感器的信號輸入端與第三功率驅動電路的電流信號采集端連通，第四電流傳感器的信號輸入端與第四功率驅動電路的電流信號采集端連通。
[0013]所述的從機電作動器包括第三機電作動器、第四機電作動器，從驅動負載包括第三負載、第四負載，從伺服控制驅動器的信號輸出端分別與第三機電作動器的信號輸入端、第四機電作動器的信號輸入端連通；第三機電作動器的信號輸出端與第三負載的輸入端連通，第四機電作動器的信號輸出端與第四負載的輸入端連通；第三機電作動器的信號采集端與第三負載的信號采集端連通，第四機電作動器的信號采集端與第四負載的信號采集端連通；第三機電作動器、第四機電作動器的信號反饋端均與從伺服控制驅動器的信號反饋端連通。
[0014]所述的第三機電作動器包括第三旋轉變壓器、第三電機、第三傳動機構、第三電位計，第三電機的信號輸入端與第三功率驅動電路的信號輸出端連通，第三電機的轉子位置輸出端與第三旋轉變壓器的信號輸入端連通，第三旋轉變壓器的信號輸出端與從伺服控制驅動器的第二信號變換及處理電路的信號輸入端連通；第三電機的旋轉信號輸出端與第三傳動機構的信號輸入端連通，第三傳動機構的輸出端與第三負載的輸入端連通，第三負載的位移信號反饋端與第三電位計的信號采集端連通，第三電位計的信號輸出端與第二信號變換及處理電路的信號輸入端連通；第四機電作動器包括第四旋轉變壓器、第四電機、第四傳動機構、第四電位計，第四電機的信號輸入端與第四功率驅動電路的信號輸出端連通，第四電機的轉子位置輸出端與第四旋轉變壓器的信號輸入端連通，第四旋轉變壓器的信號輸出端與從伺服控制驅動器的第二信號變換及處理電路的信號輸入端連通；第四電機的旋轉信號輸出端與第四傳動機構的信號輸入端連通，第四傳動機構的輸出端與第四負載的輸入端連通，第四負載的位移信號反饋端與第四電位計的信號采集端連通，第四電位計的信號輸出端與從伺服控制驅動器的第二信號變換及處理電路的信號輸入端連通。
[0015]所述的第一功率驅動電路、第二功率驅動電路、第三功率驅動電路、第四功率驅動電路的電源輸入端與動力電源的輸出端連通。
[0016]本發(fā)明的有益技術效果在于:(I)本發(fā)明的系統(tǒng)體積小、重量輕，采用“一驅二”雙通道伺服驅動技術，只需要2臺控制驅動器、4臺機電作動器和I臺伺服動力電源，就可以實現(xiàn)四通道空氣動力控制要求，伺服系統(tǒng)整體集成度高，可以滿足空氣舵空間布局和質量限制。(2)本發(fā)明的系統(tǒng)組成簡單、可靠性高，通過高集成化設計，簡化系統(tǒng)組成，提高系統(tǒng)工作可靠性，(3)能源利用率高，飛行器空氣舵伺服系統(tǒng)工作時間長達100s以上，但其中大部分時間工作于負載力矩低、動作速度慢的工況下，伺服系統(tǒng)實際輸出功率較小。液壓伺服系統(tǒng)工作時，能源消耗