專利名稱：用于玩具直升機(jī)的轉(zhuǎn)子的速度反饋控制系統(tǒng)的制作方法
用于玩具直升機(jī)的轉(zhuǎn)子的速度反饋控制系統(tǒng)
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及玩具直升機(jī)。特別地，本發(fā)明涉及用于改進(jìn)玩具直升機(jī)的可控性和穩(wěn) 定性的方法和設(shè)備。玩具直升機(jī)，就像真正的直升機(jī)一樣，從轉(zhuǎn)子(rotor，也稱水平旋翼)獲得提升， 該轉(zhuǎn)子在直升機(jī)主體上面在水平面中旋轉(zhuǎn)。然而，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)引起轉(zhuǎn)矩施加在直升機(jī)上，該 轉(zhuǎn)矩使得非常難以保持直升機(jī)在面向前面的位置中。一些直升機(jī)通過具有兩個同軸的轉(zhuǎn)子而解決該問題，每個轉(zhuǎn)子在與另一個相反的 方向上旋轉(zhuǎn)。由于兩個轉(zhuǎn)子的每一個產(chǎn)生互相抵消的轉(zhuǎn)矩，因此直升機(jī)保持穩(wěn)定。抵消通過轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩的另一個方法是增加尾部轉(zhuǎn)子，其在垂直平面中旋轉(zhuǎn)。 通過這樣的尾部轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的力設(shè)計為在與通過水平轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩的相反的方向中，從而 使得直升機(jī)保持穩(wěn)定。然而，如同本領(lǐng)域技術(shù)人員理解的上述方案要求轉(zhuǎn)子精確地校準(zhǔn)，因?yàn)槿绻?或太少的動力提供給一個轉(zhuǎn)子的話，直升機(jī)將難以駕馭。在玩具直升機(jī)中，這特別地在兩種 情形下產(chǎn)生問題(1)當(dāng)直升機(jī)的電池?fù)p失了電力時，和⑵當(dāng)?shù)睫D(zhuǎn)子的動力突然增加或減 小時。因此，本設(shè)備和方法提供關(guān)于上述問題的解決方案。特別地，本設(shè)備和方法采用軟 件以確保提供給第二轉(zhuǎn)子的動力量得以精確地校準(zhǔn)以抵消通過第一轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩。還提供了根據(jù)節(jié)流(throttle)位置精確地設(shè)置轉(zhuǎn)子速度的的設(shè)備和方法。還提供了通過調(diào)節(jié)第一轉(zhuǎn)子和第二轉(zhuǎn)子的動力水平而操縱玩具直升機(jī)的設(shè)備和 方法。

發(fā)明內(nèi)容
本設(shè)備和方法通過確保根據(jù)使用者的命令提供到轉(zhuǎn)子的動力量將產(chǎn)生正確量的 轉(zhuǎn)矩而為玩具直升機(jī)提供更大的穩(wěn)定性和可操控性。根據(jù)本發(fā)明的至少一個實(shí)施方式，提供用于控制直升機(jī)的方法，該直升機(jī)具有多 個轉(zhuǎn)子，每個轉(zhuǎn)子具有轉(zhuǎn)子速度和目標(biāo)轉(zhuǎn)子速度，該方法包括步驟(a)測量多個轉(zhuǎn)子的至 少一個的轉(zhuǎn)子速度；(b)如果該多個轉(zhuǎn)子的至少一個的轉(zhuǎn)子速度大于用于該多個轉(zhuǎn)子的至 少一個的目標(biāo)轉(zhuǎn)子速度的話，以固定的增量(fixedincrement)減小到該多個轉(zhuǎn)子的至少 一個的動力；(c)如果該多個轉(zhuǎn)子的至少一個的轉(zhuǎn)子速度小于用于該多個轉(zhuǎn)子的至少一個 的目標(biāo)轉(zhuǎn)子速度的話，以固定的增量增加到該多個轉(zhuǎn)子的至少一個的動力；和(d)重復(fù)步 驟(a)到(c)，直到該多個轉(zhuǎn)子的至少一個的轉(zhuǎn)子速度和用于該多個轉(zhuǎn)子的至少一個的目 標(biāo)轉(zhuǎn)子速度在預(yù)定的裕量(margin)內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明的至少一個實(shí)施方式，提供用于控制直升機(jī)的方法，該直升機(jī)具有第 一轉(zhuǎn)子和第二轉(zhuǎn)子，該方法包括步驟(a)測量第一轉(zhuǎn)子的速度；(b)基于第一轉(zhuǎn)子的速度 確定目標(biāo)第二轉(zhuǎn)子速度；(C)測量第二轉(zhuǎn)子的速度；(d)如果第二轉(zhuǎn)子的速度大于目標(biāo)第二 轉(zhuǎn)子速度的話，以固定的增量減小到第二轉(zhuǎn)子的動力；(e)如果第二轉(zhuǎn)子的速度小于目標(biāo)第二轉(zhuǎn)子速度的話，以固定的量增加第二轉(zhuǎn)子的動力；和(f)重復(fù)步驟(c)到(e)，直到第 二轉(zhuǎn)子的速度和目標(biāo)第二轉(zhuǎn)子速度在預(yù)定的裕量內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明的至少一個實(shí)施方式，提供用于控制直升機(jī)的方法，該直升機(jī)具有轉(zhuǎn) 子，該方法包括步驟(a)讀取節(jié)流位置；(b)基于節(jié)流位置確定目標(biāo)轉(zhuǎn)子速度；(c)測量轉(zhuǎn) 子的速度；(d)如果轉(zhuǎn)子的速度大于目標(biāo)轉(zhuǎn)子速度，以固定的增量減小轉(zhuǎn)子的動力；(e)如 果轉(zhuǎn)子的速度小于目標(biāo)轉(zhuǎn)子速度，以固定的增量增加轉(zhuǎn)子的動力；和(f)重復(fù)步驟(c)到 (e)，直到該轉(zhuǎn)子的速度和該目標(biāo)轉(zhuǎn)子速度在預(yù)定的裕量內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明的至少一個實(shí)施方式，提供操縱直升機(jī)的方法，該直升機(jī)具有第一轉(zhuǎn) 子和第二轉(zhuǎn)子，該方法包括步驟(a)讀取操縱位置；(b)測量第一轉(zhuǎn)子的速度；(c)基于第 一轉(zhuǎn)子的速度和操縱位置確定目標(biāo)第二轉(zhuǎn)子速度；(d)測量第二轉(zhuǎn)子的速度；(e)如果第二 轉(zhuǎn)子的速度大于目標(biāo)第二轉(zhuǎn)子速度的話，以固定的增量減小第二轉(zhuǎn)子的動力；(f)如果第 二轉(zhuǎn)子的速度小于目標(biāo)第二轉(zhuǎn)子速度的話，以固定的量增加第二轉(zhuǎn)子的動力；和(g)重復(fù) 步驟(d)到(f)，直到第二轉(zhuǎn)子的速度和目標(biāo)第二轉(zhuǎn)子速度在預(yù)定的裕量內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明的至少一個實(shí)施方式，提供用于控制直升機(jī)的方法，該直升機(jī)具有第 一轉(zhuǎn)子和第二轉(zhuǎn)子，第一轉(zhuǎn)子具有第一轉(zhuǎn)子速度和第二轉(zhuǎn)子具有第二轉(zhuǎn)子速度，第一轉(zhuǎn)子 速度和第二轉(zhuǎn)子速度調(diào)節(jié)為使得該直升機(jī)在飛行中穩(wěn)定，調(diào)節(jié)的第一轉(zhuǎn)子速度相對于調(diào)節(jié) 的第二轉(zhuǎn)子速度的比率限定出目標(biāo)比率；該方法包括步驟(a)測量第一轉(zhuǎn)子速度相對于 第二轉(zhuǎn)子速度的比率；(b)如果該比率大于目標(biāo)比率，執(zhí)行如下至少一個以固定的增量減 小第一轉(zhuǎn)子的動力，和以固定的增量增加到第二轉(zhuǎn)子的動力；(c)如果該比率小于目標(biāo)比 率，執(zhí)行如下至少一個以固定的增量增加第一轉(zhuǎn)子的動力，和以固定的增量減小第二轉(zhuǎn)子 的動力；和(d)重復(fù)步驟(a)到(c)，直到該比率和目標(biāo)比率在預(yù)定的裕量內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明的至少一個實(shí)施方式，提供直升機(jī)，包括通過第一電機(jī)提供動力的第 一轉(zhuǎn)子；通過第二電機(jī)提供電力的第二轉(zhuǎn)子；提供動力到第一轉(zhuǎn)子和第二轉(zhuǎn)子的電源；和 構(gòu)建用于執(zhí)行任意上述方法的微處理器。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施方式的直升機(jī)的側(cè)視圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施方式的方法的流程圖；圖3a表示傳送到采用脈寬調(diào)制(pulse witdth modulation)的電機(jī)的電力的象 征性的代表；圖北表示傳送到采用脈寬調(diào)制的電機(jī)的電力的象征性的代表；圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施方式的方法的流程圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施方式的直升機(jī)的電子組件的方框圖。
具體實(shí)施例方式參見圖1。圖1表示具有駕駛員座艙61、起落裝置62、第一轉(zhuǎn)子63和第二轉(zhuǎn)子64 的直升機(jī)60。其還包括驅(qū)動第一轉(zhuǎn)子63的第一電機(jī)，驅(qū)動第二轉(zhuǎn)子64的第二電機(jī)，和為 兩個電機(jī)供電的電源。微處理器控制提供到每個電機(jī)的電力的水平。當(dāng)?shù)谝缓偷诙姍C(jī)接 收電力時，轉(zhuǎn)子63和64以一個速度旋轉(zhuǎn)，該速度依賴于接收的電力的水平。具有尾部轉(zhuǎn)子
5100。在至少一個實(shí)施方式中，驅(qū)動電機(jī)的電力采用脈寬調(diào)制(PWM)調(diào)節(jié)?，F(xiàn)在參見圖 3a和北，其中示例了 PWM如何用于提供不同的電力量。圖3a表示了圖表，其中電壓(V)關(guān)于時間⑴繪制。電力在一個時期χ內(nèi)提供， 然后在一個時期X’內(nèi)切斷。在本例中，時期X和X’本質(zhì)上相等，因此平均有一半的時間有 電力提供。圖北表示另一個圖表，其中電壓(V)關(guān)于時間(t)繪制。然而在本例中，相對于 在電力切斷的過程中的時期X’，提供有電力的時期X減小了，平均在三分之一的時間上提 供電力。這樣，圖3a和圖北的圖表表示了 PWM如何能夠用于非常精細(xì)地調(diào)節(jié)提供到電機(jī) 的電力量。如同本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的，在PWM中最重要的不是特定的時期χ和χ’，而是 χ相對于χ ’的比例。因此，在至少一個實(shí)施方式中，其中采用PWM調(diào)節(jié)電力，電力水平可以是N個電力 水平中的一個。盡管本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠容易地理解這個如何能夠做到，下面的例子還是 出于示例目的而提供。周期T定義如下T = x+x ‘等式1如果具有N個電力水平，每個間隔以增量λ，增量λ必須通過如下等式計算
權(quán)利要求
1.用于控制玩具直升機(jī)的方法，該直升機(jī)具有第一轉(zhuǎn)子和第二轉(zhuǎn)子，第一轉(zhuǎn)子具有第 一轉(zhuǎn)子速度并且第二轉(zhuǎn)子具有第二轉(zhuǎn)子速度，第一轉(zhuǎn)子速度和第二轉(zhuǎn)子速度調(diào)節(jié)為使得直 升機(jī)在飛行中是穩(wěn)定的，調(diào)節(jié)的第一轉(zhuǎn)子速度相對于調(diào)節(jié)的第二轉(zhuǎn)子速度的比率限定出目 標(biāo)比率；該方法包括步驟(a)測量第一轉(zhuǎn)子速度，測量第二轉(zhuǎn)子速度并確定第一轉(zhuǎn)子速度相對于第二轉(zhuǎn)子速度 的比率；(b)如果該比率大于目標(biāo)比率，執(zhí)行如下至少一個以固定的增量減小供應(yīng)到第一轉(zhuǎn) 子的動力，和以固定的增量增加供應(yīng)到第二轉(zhuǎn)子的動力；(c)如果該比率小于目標(biāo)比率，執(zhí)行如下至少一個以固定的增量增加供應(yīng)到第一轉(zhuǎn) 子的動力，和以固定的增量減小供應(yīng)到第二轉(zhuǎn)子的動力；和(d)重復(fù)步驟(a)到(c)，直到該比率和目標(biāo)比率在預(yù)定的裕量內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中第一轉(zhuǎn)子和第二轉(zhuǎn)子中的一個是尾部轉(zhuǎn)子。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中第二轉(zhuǎn)子與第一轉(zhuǎn)子同軸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的方法，其中第一轉(zhuǎn)子通過第一電機(jī)驅(qū)動，而第二 轉(zhuǎn)子通過第二電機(jī)驅(qū)動，并且其中電力通過采用脈寬調(diào)整(PWM)而提供到第一電機(jī)和第二 電機(jī)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中測量第一轉(zhuǎn)子的速度的步驟包括測量第一電機(jī)的 反饋電壓。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中測量第二轉(zhuǎn)子的速度的步驟包括測量第二電機(jī)的 反饋電壓。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的方法，其中確定目標(biāo)第二轉(zhuǎn)子速度的步驟依賴于調(diào)整位置。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的方法，該方法還包括步驟(e)讀取節(jié)流位置；(f)基于節(jié)流位置確定用于第一轉(zhuǎn)子和第二轉(zhuǎn)子的至少一個的目標(biāo)轉(zhuǎn)子速度；(g)測量第一轉(zhuǎn)子和第二轉(zhuǎn)子的至少一個的速度；(h)如果第一轉(zhuǎn)子和第二轉(zhuǎn)子的至少一個的速度大于目標(biāo)轉(zhuǎn)子速度，以固定的增量減 小供應(yīng)到第一轉(zhuǎn)子和第二轉(zhuǎn)子的至少一個的動力；(i)如果第一轉(zhuǎn)子和第二轉(zhuǎn)子的至少一個的速度小于目標(biāo)轉(zhuǎn)子速度，以固定的增量增 加供應(yīng)到第一轉(zhuǎn)子和第二轉(zhuǎn)子的至少一個的動力；(j)重復(fù)步驟(a)到(c)和(g)到(i)，直到第一轉(zhuǎn)子和第二轉(zhuǎn)子的至少一個的速度和 該目標(biāo)電機(jī)速度在第一預(yù)定的裕量內(nèi)，和該比率和目標(biāo)比率在第二預(yù)定的裕量內(nèi)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中讀取節(jié)流位置的步驟包括接收無線命令，其中該 無線命令指定該節(jié)流位置。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的方法，該方法還包括步驟(e)讀取操縱位置；(f)基于操縱位置確定新的目標(biāo)比率；和(g)重復(fù)步驟(a)到(c)，直到該比率和新的目標(biāo)比率在預(yù)定的裕量內(nèi)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中確定新的目標(biāo)比率的步驟包括采用與操縱位置相關(guān)聯(lián)的關(guān)系。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中該關(guān)系通過查詢表表示。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中該關(guān)系包括第一轉(zhuǎn)子速度乘以因子α。
14.玩具直升機(jī)，包括通過第一電機(jī)提供動力的第一轉(zhuǎn)子；通過第二電機(jī)提供動力的第二轉(zhuǎn)子；提供動力到第一轉(zhuǎn)子和第二轉(zhuǎn)子的電源；和構(gòu)建用于執(zhí)行權(quán)利要求1-13中任一項(xiàng)所述的方法的微處理器。
全文摘要
提供用于控制飛行中的玩具直升機(jī)的方法和裝置。該玩具直升機(jī)通過第一轉(zhuǎn)子和第二轉(zhuǎn)子提供動力。目標(biāo)速度比率為第一轉(zhuǎn)子的速度和第二轉(zhuǎn)子的速度而確定。轉(zhuǎn)子的速度增量地調(diào)節(jié)直至實(shí)現(xiàn)目標(biāo)比率。
文檔編號A63H27/133GK102107088SQ20101060179
公開日2011年6月29日 申請日期2010年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月24日
發(fā)明者麥鑒波 申請人:斯平瑪斯特有限公司