[实用新型]一种共轴式无人直升机的高度控制稳定系统

说明书

(一)技术领域

本实用新型涉及一种共轴式无人直升机的高度控制稳定系统，属于无人直升机飞行控制技术领域。 

(二)背景技术

从直升机执行的任务来看，将直升机稳定在给定高度上飞行是非常必要的。因此用于直升机的自动驾驶仪一般都具有第四个通道即高度通道，用于控制稳定直升机的飞行高度。 

共轴式无人直升机飞行高度的控制稳定在国内仍属空白，本实用新型提供了一种共轴式无人直升机的高度控制稳定系统，该系统进行了综合性的技术设计考虑，使得控制效果良好：1)设计了原理如图2所示的低高度信号产生电路，使系统可以在无线电高度参数和气压高度参数之间根据需要自动进行切换。并将切换高度设置成两个，可以减少由于气动干扰或地形高低的变化所引起的系统在两种高度参数之间的频繁切换。同时，当无线电高度表损坏时可以自动切换到采用气压高度参数；2)在控制规律中计入了高度差、速度差的积分环节，可以减少直升机在给定高度上下的波动，使直升机能更快地稳定在给定的飞行高度；3)在控制规律中计入了“航向补偿”，可以减小航向操纵对共轴式直升机升力的影响；4)在自动升降过程中加入了限幅，可以自动限制升降速度，保证直升机不进入涡环状态；5)设计了原理如图3所示的总距跟踪电路，可以减小飞行控制模态切换对系统的冲击。 

(三)实用新型内容

1、目的：本实用新型在常规直升机与其他飞机飞行高度控制稳定方法的基础上，针对共轴式无人直升机高度控制稳定的特殊性，提供了一种共轴式无人直升机的高度控制稳定系统，它使该共轴式无人直升机在自主稳高模态飞行时能自动到达并稳定在给定的飞行高度。 

2、技术方案： 

(一)本实用新型一种共轴式无人直升机的高度控制稳定系统，它是由无线电高度表、大气数据计算机、总距舵机和设计的稳高线路板四大部分组成。它们之间的位置连接关系为：设计的稳高线路板安装在自动驾驶仪盒子中，自动驾驶仪盒子、无线电高度表和大气数据计算机安装在直升机的设备架上，总距舵机安装在直升机传动系统的舵机架上，无线电高度表 和大气数据计算机的输出端分别通过电缆连接到设计的稳高线路板的输入端，而设计的稳高线路板的输出端则通过电缆连接到总距舵机的输入端。 

该系统的基本原理是：将采集的直升机高度信号(无线电高度或气压高度)与地面给定高度进行比较、转换、放大，按照设计的控制规律进行计算，得到相应的控制量，再以该控制量去驱动总距舵机来改变旋翼的桨距，从而改变旋翼的拉力，以达到稳定直升机飞行高度的目的，其连接关系与原理框架如图1所示。 

所述无线电高度表采用北京东林合众通讯技术公司的BG-T(0.3)小型无线电高度计，它所测数据为无线电高度和升降速度，其输出为0～12V的高度模拟电压和-10～+10V的速度模拟电压，测高范围为0～300m，升降速度测量范围为-10～+10m/s； 

所述大气数据计算机采用太原航空仪表有限公司的XSC-13B小型大气数据计算机，它所测数据为气压高度和升降速度，其输出为-0.667～+10V的气压高度模拟电压和-10～+10V的速度模拟电压，测高范围为-400～6000m，升降速度测量范围为-10～+10m/s； 

所述总距舵机采用北京敬业电工有限公司北微微电机厂的70LCX-1稀土永磁式直流力矩测速机组，并加入相应的舵机驱动控制电路(参考《电机控制专用集成电路》，谭建成主编，机械工业出版社，2003.01)组装而成。它的功能是通过自动倾斜器带动变距拉杆改变旋翼的桨距，从而改变旋翼的拉力，以达到稳定直升机高度的目的。 

所述稳高线路板是该系统的关键技术部分，它安装在自动驾驶仪盒子当中，输入端采集无线电高度表或大气数据计算机传输过来的高度与升降速度数据，输出端则将最终得到的总距控制量传送到总距舵机。该稳高线路板采用模拟电路设计，它包含五项功能电路：①低高度信号产生电路；②数据采集与融合电路；③自主稳高控制规律计算电路；④总距跟踪电路；⑤航向补偿及综合电路。其中，②数据采集与融合电路、③自主稳高控制规律计算电路以及⑤航向补偿及综合电路都是现有许多集成电路书籍(参考《新编电子电路大全第2卷通用模拟电路》，中国计量出版社组编，/中国计量出版社组编)上常见的，故后面只对该系统中的稳高线路板的几个关键性技术(即上列①和④)进行详细介绍。 

(1)低高度信号产生电路及两种高度参数之间的选择切换