[发明专利]一体化伺服机构

说明书

本发明公开了一种一体化伺服机构，包括余度控制器、健康监测系统和若干舵机；上位机发送控制信号给余度控制器，余度控制器发送控制信号给舵机，同时接收舵机反馈的位置信号，舵机驱动相应的操纵系统；健康监测系统接收余度控制器的状态信号，进行状态监测和故障识别，并发送控制信号给余度控制器。本发明将余度控制器、健康监测系统和余度舵机进行整合，简化伺服机构，提高整个伺服系统的可靠性；采用双余度光电电位器代替直线位移型变阻式电位器，解决当一个电位器出现故障时，一体化伺服系统不能工作的问题；并联冗余系统双余度伺服机构解决伺服系统出现器件故障时伺服系统不能正常工作的问题，提高系统的可靠性。

技术领域

本发明涉及无人直升机的操作系统，尤其涉及一种一体化伺服机构。

背景技术

如图1所示，现有的伺服机构采用单舵回路控制系统，包括电机、减速传动装置、滚珠丝杠及滑块、推杆及关节轴、直线位移型变阻式传感器和舵机控制器，舵机接收上位机控制信号，驱动电机运动，经减速器减速推动滚珠丝杠及滑块做直线运动，对无人直升机进行操纵，直线位移型变阻式传感器将滚珠丝杠及滑块的位置信号转换为电信号，反馈给上位机。

现有的伺服机构存在以下问题：(1)每个舵机内部有独立的控制器，单独接收上位机的控制信号，但无人直升机对伺服系统可靠性要求很高(大于95％)，普通单舵回路系统已很难达到如此高的可靠性；(2)用于反馈滚珠丝杠行程量的直线位移型变阻式传感器，由骨架和金属电阻丝等电阻元件和电刷组成，将位移信号转换为电信号，由于电刷的摩擦，可靠性和寿命差，动态性不好，易受干扰；(3)伺服系统在线故障诊断技术主要是简单的阈值判别法，仅能诊断出电机过流、过压等一些简单的故障，阈值判别法故障覆盖率不高，不能适应余度舵机的要求，限制了余度舵机的可靠性的提高；(4)伺服系统的双余度设计多为驱动电路双余度设计或电机绕组双余度设计，均为局部余度设计，当驱动电路双余度设计发生绕组故障或电机绕组双余度设计发生驱动电路故障时，或者二者发生位置传感器、电流传感器等其它器件故障时，伺服系统不能正常工作。

发明内容

发明目的：针对以上问题，本发明提出一种一体化伺服机构，应用于无人直升机的总距操纵、横向周期变距操纵、纵向周期变距操纵、尾变距操纵和油门操纵。

技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：一种一体化伺服机构，包括余度控制器、健康监测系统和若干舵机；上位机发送控制信号给余度控制器，余度控制器发送控制信号给舵机，同时接收舵机反馈的位置信号，舵机驱动相应的操纵系统；健康监测系统接收余度控制器的状态信号，进行状态监测和故障识别，并发送控制信号给余度控制器。

进一步地，余度控制器包括主控制器、主隔离电路、主驱动电路、主逆变电路、主保护电路、备用控制器、备用隔离电路、备用驱动电路、备用逆变电路和备用保护电路；余度控制器的主控制器接收上位机的控制信号，依次经过主隔离电路、主驱动电路和主逆变电路发送给舵机，主保护电路对一体化伺服机构提供电路保护；余度控制器实时将状态信息发送给健康监测系统，当健康监测系统识别到故障信息时，发送控制信号给余度控制器，余度控制器切换到备用电路。

进一步地，舵机包括双余度霍尔元件、双余度电机转子、电机定子、减速器、滚珠丝杠及滑块和双余度光电电位器；舵机接收余度控制器的控制信号，驱动电机运动，经减速器减速推动滚珠丝杠及滑块做直线运动，对操纵系统进行操纵；双余度光电电位器采集滚珠丝杠及滑块的位置信号，反馈给余度控制器。

进一步地，健康监测系统包括状态监测模块、故障识别模块、余度控制模块和一体化伺服机构标准状态数据库；健康监测系统接收余度控制器的状态信号，与内置一体化伺服机构标准状态数据库比对，当状态检测模块监测到一体化伺服机构反馈的状态信号超出标准状态数据库的标准范围，故障识别模块进行故障识别，并进行相应的余度控制，余度控制模块将控制信号发送给余度控制器。

进一步地，舵机包括主舵机、尾舵机、油门舵机，安装于舵机安装座上，包括双余度永磁无刷电机、减速器、滚珠丝杠及滑块、推杆及关节轴承、双余度光电电位器和舵机控制板。