專利名稱：一種螺旋槳無人機(jī)電動(dòng)變槳距的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種螺旋槳無人機(jī)電動(dòng)變槳距的方法及裝置，屬于無人機(jī)控制技術(shù)。
背景技術(shù)：
目前尚無可供給無人飛機(jī)使用的螺旋槳變槳距機(jī)構(gòu)。針對研制新型無人飛機(jī)對螺旋槳可變槳距的需求，將手動(dòng)控制變槳距機(jī)構(gòu)改進(jìn)為遙控控制，以滿足無人飛機(jī)上使用變槳距螺旋槳的特殊要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種螺旋槳無人機(jī)電動(dòng)變槳距的方法及裝置，將手動(dòng)控制變槳距機(jī)構(gòu)改進(jìn)為遙控控制，以數(shù)控化改造的方式實(shí)現(xiàn)無人飛機(jī)上使用電動(dòng)變槳距螺旋槳的特殊要求。本發(fā)明的技術(shù)方案，本發(fā)明的一種螺旋槳無人機(jī)電動(dòng)變槳距的方法是采用開環(huán)控制；通過地面站發(fā)出遙控指令，飛機(jī)上的飛控計(jì)算機(jī)接收到遙控指令后發(fā)出控制信號，控制信號通過飛機(jī)上的螺旋槳控制盒控制螺旋槳驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作，通過螺旋槳驅(qū)動(dòng)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)和旋轉(zhuǎn)角度改變螺旋槳槳葉角度，達(dá)到控制飛行狀態(tài)的目的。前述螺旋槳無人機(jī)電動(dòng)變槳距的方法中，所述開環(huán)控制是螺旋槳槳葉的角度變化信號不反饋給飛控計(jì)算機(jī)，飛控計(jì)算機(jī)只接受地面站發(fā)出的遙控指令。前述螺旋槳無人機(jī)電動(dòng)變槳距的方法中，所述螺旋槳槳葉從最小角度改變至最大角度或螺旋槳槳葉從最大角度改變至最小角度的時(shí)間為全行程工作時(shí)間，將全行程工作時(shí)間劃分成N個(gè)固定時(shí)間段進(jìn)行控制；每加電一次，只運(yùn)行一個(gè)固定時(shí)間段，螺旋槳槳葉只能改變固定角度，通過加電次數(shù)確定當(dāng)前螺旋槳槳葉的角度。前述螺旋槳無人機(jī)電動(dòng)變槳距的方法中，所述全行程工作時(shí)間為10秒，每個(gè)固定時(shí)間段等于10/N秒。前述螺旋槳無人機(jī)電動(dòng)變槳距的方法中，所述加電采用點(diǎn)擊加電方式，每點(diǎn)擊一次只發(fā)出一個(gè)脈沖信號，脈沖信號的寬度等于固定時(shí)間段的時(shí)長10/N秒。前述螺旋槳無人機(jī)電動(dòng)變槳距的方法中，所述飛控計(jì)算機(jī)發(fā)出的控制信號為兩路控制信號；分別為①信號和②信號；兩路控制信號分別只輸出高電平或低電平，高電平為 1，低電平為0 ；根據(jù)兩路控制信號的邏輯關(guān)系確定電機(jī)的工作狀態(tài)。前述螺旋槳無人機(jī)電動(dòng)變槳距的方法中，所述邏輯關(guān)系如下當(dāng)①=0，②=1時(shí)，電機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng)①=1，②=0時(shí)，電機(jī)反轉(zhuǎn)；當(dāng)①=1，②=1時(shí)，電機(jī)不轉(zhuǎn)。 前述螺旋槳無人機(jī)電動(dòng)變槳距的方法中，所述螺旋槳控制盒采用繼電器通斷控制電路，避免復(fù)雜電路帶來的不穩(wěn)定性。 按照上述方法構(gòu)建的本發(fā)明的一種螺旋槳無人機(jī)電動(dòng)變槳距的裝置，包括機(jī)上的飛控計(jì)算機(jī)和設(shè)在地上的地面站；飛控計(jì)算機(jī)與地面站無線連接，飛控計(jì)算機(jī)的控制端與螺旋槳控制盒的輸入端連接，螺旋槳控制盒的輸出端與螺旋槳控制電機(jī)連接。
前述裝置中，所述螺旋槳控制盒內(nèi)設(shè)有繼電器Jl和繼電器J2，繼電器Jl和繼電器 J2的線圈分別與飛控計(jì)算機(jī)的兩個(gè)控制端連接，繼電器Jl和繼電器J2的動(dòng)觸點(diǎn)分別與螺旋槳控制電機(jī)連接，繼電器Jl和繼電器J2的兩個(gè)靜觸點(diǎn)分別與12V電源和接地點(diǎn)連接。由于采用了上述技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用開環(huán)控制，避免飛機(jī)飛行過程中有可能出現(xiàn)的異常后造成動(dòng)力不穩(wěn)定的情況，飛行控制人員依據(jù)飛行中發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、飛行姿態(tài)、飛行速度以及飛行高度等發(fā)出遙調(diào)指令，選擇螺旋槳所需要的槳葉角，使地面飛行控制人員對飛行器的操作更為直接?？刂坡菪龢獦~角大小，以此發(fā)揮螺旋槳的最佳效率。電路中采取兩個(gè)繼電器實(shí)現(xiàn)電路的開關(guān)功能，并在電路中增加可實(shí)現(xiàn)復(fù)位功能的斷路保護(hù)開關(guān)以保證在超調(diào)的狀態(tài)下電機(jī)的安全。產(chǎn)品設(shè)計(jì)指標(biāo)額定電壓27VDC;
電壓范圍按GJ②181-1986《飛機(jī)供電特性及對用電設(shè)備的要求》②類；
工作溫度-50°C +50°C ；
儲存溫度-45°C +60°C ；
相對濕度(95 士 3)% ；
振動(dòng)5 500Hz (正弦)，加速度7g ；
工作高度8000m(無環(huán)控系統(tǒng))；
重量彡IKg ；
控制電路輸入電流I①< 15m①；
外型尺寸(單位毫米)83X61X50。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖2是本發(fā)明的機(jī)上螺旋槳控制盒的電氣原理圖。附圖中的標(biāo)記為1-飛控計(jì)算機(jī)，2-地面站，3-螺旋槳控制盒，4-螺旋槳控制電機(jī)。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。實(shí)施例本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理如圖1和圖2所示，本發(fā)明的一種螺旋槳無人機(jī)電動(dòng)變槳距的方法是采用開環(huán)控制，即通過現(xiàn)有的地面站4發(fā)出遙控指令，飛機(jī)上的飛控計(jì)算機(jī)1 接收到遙控指令后發(fā)出控制信號，控制信號通過飛機(jī)上的螺旋槳控制盒2控制螺旋槳驅(qū)動(dòng)電機(jī)3工作，通過螺旋槳驅(qū)動(dòng)電機(jī)3的正反轉(zhuǎn)和旋轉(zhuǎn)角度改變螺旋槳槳葉角度，達(dá)到控制飛行狀態(tài)的目的。所述開環(huán)控制是螺旋槳槳葉的角度變化信號不反饋給飛控計(jì)算機(jī)1，飛控計(jì)算機(jī)1只接受地面站4發(fā)出的遙控指令。所述螺旋槳槳葉從最小角度改變至最大角度或螺旋槳槳葉從最大角度改變至最小角度的時(shí)間為全行程工作時(shí)間，將全行程工作時(shí)間劃分成 N個(gè)固定時(shí)間段進(jìn)行控制；每加電一次，只運(yùn)行一個(gè)固定時(shí)間段，螺旋槳槳葉只能改變固定角度，通過加電次數(shù)確定當(dāng)前螺旋槳槳葉的角度。所述全行程工作時(shí)間為10秒，每個(gè)固定時(shí)間段等于10/N秒。所述加電采用點(diǎn)擊加電方式，每點(diǎn)擊一次只發(fā)出一個(gè)脈沖信號，脈沖信號的寬度等于固定時(shí)間段的時(shí)長10/N秒。所述飛控計(jì)算機(jī)1發(fā)出的控制信號為兩路控制信號；分別為信號①和信號②；兩路控制信號分別只輸出高電平或低電平，高電平為1， 低電平為0 ；根據(jù)兩路控制信號的邏輯關(guān)系確定螺旋槳驅(qū)動(dòng)電機(jī)3的工作狀態(tài)。所述邏輯關(guān)系如下當(dāng)①=0，②=1時(shí)，螺旋槳驅(qū)動(dòng)電機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng)①=1，②=0時(shí)，螺旋槳驅(qū)動(dòng)電機(jī)反轉(zhuǎn)； 當(dāng)①=1，②=1時(shí)，螺旋槳驅(qū)動(dòng)電機(jī)3不轉(zhuǎn)。所述螺旋槳控制盒2采用繼電器通斷控制電路， 避免復(fù)雜電路帶來的不穩(wěn)定性。實(shí)施本發(fā)明的螺旋槳無人機(jī)電動(dòng)變槳距的裝置時(shí)，該裝置包括現(xiàn)有的機(jī)上的飛控計(jì)算機(jī)ι和設(shè)在地上的地面站4 ；飛控計(jì)算機(jī)1與地面站4無線連接，飛控計(jì)算機(jī)1與螺旋槳控制盒2的輸入端連接，螺旋槳控制盒2的輸出端與現(xiàn)有的螺旋槳控制電機(jī)3連接；在螺旋槳控制盒2內(nèi)設(shè)有繼電器Jl和繼電器J2，繼電器Jl和繼電器J2的線圈分別與飛控計(jì)算機(jī)1的兩個(gè)控制端連接，繼電器Jl和繼電器J2的動(dòng)觸點(diǎn)分別與螺旋槳控制電機(jī)3連接，繼電器Jl和繼電器J2的兩個(gè)靜觸點(diǎn)分別與12V電源和接地點(diǎn)連接。本發(fā)明為了保證電動(dòng)變槳距機(jī)構(gòu)在無人飛機(jī)上便捷、安全的使用，本發(fā)明不使用閉環(huán)控制，開環(huán)控制是螺旋槳槳葉的角度變化信號不反饋給飛控計(jì)算機(jī)1，飛控計(jì)算機(jī)1只接受地面站4發(fā)出的遙控指令。而是選擇在飛行操作界面上設(shè)定相關(guān)的調(diào)整窗口。飛行控制人員依據(jù)飛行中發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、飛行姿態(tài)、飛行速度以及飛行高度等發(fā)出遙調(diào)指令，控制螺旋槳槳葉角大小，以此發(fā)揮螺旋槳的最佳效率。開環(huán)控制設(shè)計(jì)可以避免飛機(jī)飛行過程中有可能出現(xiàn)的異常后造成動(dòng)力不穩(wěn)定的情況，通過飛行控制人員對當(dāng)前的飛行狀態(tài)進(jìn)行預(yù)判后，選擇螺旋槳所需要的槳葉角，使地面飛行控制人員對飛行器的操作更為直接。具體實(shí)施時(shí)，控制信號可以使用飛控計(jì)算機(jī)1部分閑置的離散量，即兩路控制信號鏈路。飛控計(jì)算機(jī)發(fā)出的控制信號為兩路控制信號；分別為①信號和②信號；兩路控制信號分別只輸出高電平或低電平，高電平為1，低電平為0 ；根據(jù)兩路控制信號的邏輯關(guān)系確定電機(jī)的工作狀態(tài)。所述邏輯關(guān)系如下當(dāng)①=0，②=1時(shí)，電機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng)①=1，②=0時(shí)， 電機(jī)反轉(zhuǎn)；當(dāng)①=1，②=1時(shí)，電機(jī)不轉(zhuǎn)。就可以完成該信號的控制。①信號和②信號通過加電次數(shù)來控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)行程，具體做法是將螺旋槳槳葉從最小角度改變至最大角度或螺旋槳槳葉從最大角度改變至最小角度的時(shí)間為全行程工作時(shí)間設(shè)定為10秒，再將10秒全行程工作時(shí)間劃分成10個(gè)固定時(shí)間段進(jìn)行控制，每個(gè)固定時(shí)間段為1秒；假如螺旋槳槳葉從最小角度改變至最大角度或螺旋槳槳葉從最大角度改變至最小角度的變化角度為90度，則每個(gè)固定時(shí)間段只能使螺旋槳槳葉有9度的變化。根據(jù)加電的次數(shù)和電機(jī)的正反轉(zhuǎn)次數(shù)，就可以得知當(dāng)前螺旋槳槳葉的實(shí)際角度，因而可以設(shè)置計(jì)數(shù)器對加電次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，通過發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速監(jiān)控變槳距機(jī)構(gòu)的工作狀態(tài)。整個(gè)螺旋槳變槳距控制系統(tǒng)由飛控計(jì)算機(jī)與電動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)組成，如圖2所示。電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制部分接收到由飛控計(jì)算機(jī)兩種脈沖信號，一個(gè)高電平、一個(gè)低電平信號。在控制中采取使用規(guī)定時(shí)長的脈沖信號，每發(fā)出一次脈沖信號，電動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)執(zhí)行一次動(dòng)作，執(zhí)行動(dòng)作的時(shí)長由脈沖長度決定。具體控制的邏輯如圖2所示，①、②兩端口接飛控計(jì)算機(jī)，當(dāng)需要增大(減小)槳葉角時(shí)由飛控計(jì)算機(jī)發(fā)出脈沖信號。邏輯關(guān)系如下表1所示。表1中規(guī)定高電平為1，低電平為0，端口①、②分別為電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制電路中接入飛控計(jì)算機(jī)的兩個(gè)接口。
權(quán)利要求
1.一種螺旋槳無人機(jī)電動(dòng)變槳距的方法，其特征在于該方法采用開環(huán)控制；通過地面站發(fā)出遙控指令，飛機(jī)上的飛控計(jì)算機(jī)接收到遙控指令后發(fā)出控制信號，控制信號通過飛機(jī)上的螺旋槳控制盒控制螺旋槳驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作，通過螺旋槳驅(qū)動(dòng)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)和旋轉(zhuǎn)角度改變螺旋槳槳葉角度，達(dá)到控制飛行狀態(tài)的目的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述螺旋槳無人機(jī)電動(dòng)變槳距的方法，其特征在于所述開環(huán)控制是螺旋槳槳葉的角度變化信號不反饋給飛控計(jì)算機(jī)，飛控計(jì)算機(jī)只接受地面站發(fā)出的遙控指令。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述螺旋槳無人機(jī)電動(dòng)變槳距的方法，其特征在于所述螺旋槳槳葉從最小角度改變至最大角度或螺旋槳槳葉從最大角度改變至最小角度的時(shí)間為全行程工作時(shí)間，將全行程工作時(shí)間劃分成N個(gè)固定時(shí)間段進(jìn)行控制；每加電一次，只運(yùn)行一個(gè)固定時(shí)間段，螺旋槳槳葉只能改變固定角度，通過加電次數(shù)確定當(dāng)前螺旋槳槳葉的角度。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述螺旋槳無人機(jī)電動(dòng)變槳距的方法，其特征在于所述全行程工作時(shí)間為10秒，每個(gè)固定時(shí)間段等于10/N秒。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述螺旋槳無人機(jī)電動(dòng)變槳距的方法，其特征在于所述加電采用點(diǎn)擊加電方式，每點(diǎn)擊一次只發(fā)出一個(gè)脈沖信號，脈沖信號的寬度等于固定時(shí)間段的時(shí)長 10/N 秒。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述螺旋槳無人機(jī)電動(dòng)變槳距的方法，其特征在于所述飛控計(jì)算機(jī)發(fā)出的控制信號為兩路控制信號；分別為①信號和②信號；兩路控制信號分別只輸出高電平或低電平，高電平為1，低電平為0 ；根據(jù)兩路控制信號的邏輯關(guān)系確定電機(jī)的工作狀態(tài)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述螺旋槳無人機(jī)電動(dòng)變槳距的方法，其特征在于所述邏輯關(guān)系如下當(dāng)①=0，②=1時(shí)，電機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng)①=1，②=0時(shí)，電機(jī)反轉(zhuǎn)；當(dāng)①=1，②=1時(shí)，電機(jī)不轉(zhuǎn)。
8.8、根據(jù)權(quán)利要求1所述螺旋槳無人機(jī)電動(dòng)變槳距的方法，其特征在于所述螺旋槳控制盒采用繼電器通斷控制電路，避免復(fù)雜電路帶來的不穩(wěn)定性。
9.一種螺旋槳無人機(jī)電動(dòng)變槳距的裝置，其特征在于該裝置包括機(jī)上的飛控計(jì)算機(jī) (1)和設(shè)在地上的地面站(4);飛控計(jì)算機(jī)(1)與地面站(4)無線連接，飛控計(jì)算機(jī)(1)與螺旋槳控制盒(2)的輸入端連接，螺旋槳控制盒(2)的輸出端與螺旋槳控制電機(jī)(3)連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的螺旋槳無人機(jī)電動(dòng)變槳距的裝置，其特征在于所述螺旋槳控制盒(2)內(nèi)設(shè)有繼電器Jl和繼電器J2，繼電器Jl和繼電器J2的線圈分別與飛控計(jì)算機(jī) (1)的兩個(gè)控制端連接，繼電器Jl和繼電器J2的動(dòng)觸點(diǎn)分別與螺旋槳控制電機(jī)(3)連接， 繼電器Jl和繼電器J2的兩個(gè)靜觸點(diǎn)分別與12V電源和接地點(diǎn)連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種螺旋槳無人機(jī)電動(dòng)變槳距的方法及裝置。該方法采用開環(huán)控制；通過地面站發(fā)出遙控指令，飛機(jī)上的飛控計(jì)算機(jī)接收到遙控指令后發(fā)出控制信號，控制信號通過飛機(jī)上的螺旋槳控制盒控制螺旋槳驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作，通過螺旋槳驅(qū)動(dòng)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)和旋轉(zhuǎn)角度改變螺旋槳槳葉角度，達(dá)到控制飛行狀態(tài)的目的。本發(fā)明采用開環(huán)控制，避免飛機(jī)飛行過程中有可能出現(xiàn)異常后造成動(dòng)力不穩(wěn)定的情況，飛行控制人員依據(jù)飛行中發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、飛行姿態(tài)、飛行速度以及飛行高度等發(fā)出遙調(diào)指令，選擇螺旋槳所需要的槳葉角，使地面飛行控制人員對飛行器的操作更為直接?？刂坡菪龢獦~角大小，以此發(fā)揮螺旋槳的最佳效率。
文檔編號B64C11/44GK102336266SQ20101023180
公開日2012年2月1日 申請日期2010年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月21日
發(fā)明者楊建良, 林驊, 黃靖 申請人:貴州貴航無人機(jī)有限責(zé)任公司