一種直升機(jī)旋翼電動(dòng)剎車系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種直升機(jī)旋翼電動(dòng)剎車系統(tǒng)，屬于轉(zhuǎn)動(dòng)部件制動(dòng)【技術(shù)領(lǐng)域】。其特征在于，系統(tǒng)接受駕駛員給定的剎車信號(hào)后，傳感器采集溫度信號(hào)、旋翼轉(zhuǎn)速信號(hào)和剎車力矩反饋信號(hào)，經(jīng)過調(diào)理單元和A/D轉(zhuǎn)換后共同輸入到DSP控制單元，DSP控制單元對(duì)信號(hào)進(jìn)行綜合分析，并根據(jù)控制策略輸出一路控制無刷直流電機(jī)的PWM信號(hào)和電機(jī)轉(zhuǎn)向信號(hào)，一路PWM信號(hào)經(jīng)過CPLD邏輯陣列單元變換成適合無刷直流電機(jī)工作的六路PWM信號(hào)。本發(fā)明系統(tǒng)的重量和體積大幅度降低，穩(wěn)定性、安全性和維護(hù)性也大大提高。同時(shí)，確保旋翼剎車處于最佳工作狀態(tài)，剎車性能得到大幅度提高，操縱靈活、人機(jī)功效好，容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)操控。
【專利說明】一種直升機(jī)旋翼電動(dòng)剎車系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于轉(zhuǎn)動(dòng)部件制動(dòng)的操縱【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種直升機(jī)旋翼剎車系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]直升機(jī)旋翼剎車裝置是在直升機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)車后使旋翼快速停轉(zhuǎn)并能保持旋翼處于靜止?fàn)顟B(tài)的一種機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)目前廣泛采用液壓剎車系統(tǒng)和機(jī)械剎車系統(tǒng)。
[0003]液壓剎車系統(tǒng)存在重量大、響應(yīng)慢及難以維護(hù)等缺點(diǎn)，且液壓部件的故障不易監(jiān)測(cè)并存在液壓油泄露燃燒等風(fēng)險(xiǎn)，影響了飛機(jī)的安全性。而機(jī)械剎車系統(tǒng)剎車力矩小，操作笨重，只適用于小噸位直升機(jī)。且上述系統(tǒng)對(duì)剎車力矩?zé)o反饋，剎車效率低，易造成直升機(jī)動(dòng)部件沖擊，剎車塊和剎車盤壽命偏低，很難實(shí)現(xiàn)模塊化設(shè)計(jì)，不具備實(shí)時(shí)檢測(cè)功能，維護(hù)性差。
[0004]隨著直升機(jī)技術(shù)的發(fā)展，尤其是民用直升機(jī)市場(chǎng)對(duì)直升機(jī)旋翼剎車系統(tǒng)的要求越來越高，既需要其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操縱靈活、重量輕、人機(jī)功效好，還需要具備高經(jīng)濟(jì)性、可靠性、安全性、易維護(hù)性以及自動(dòng)操控性等。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的:
[0006]設(shè)計(jì)一種直升機(jī)旋翼電動(dòng)剎車系統(tǒng)，使其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操縱靈活、重量輕、剎車性能好、人機(jī)功效好，并且經(jīng)濟(jì)性、可靠性、安全性、維護(hù)性以及自動(dòng)操控性得到大幅提高。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案:
[0008]—種直升機(jī)旋翼電動(dòng)剎車系統(tǒng)，包括剎車控制器、剎車作動(dòng)裝置、扭矩傳感器、溫度傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器和直升機(jī)旋翼等。
[0009]扭矩傳感器采集剎車時(shí)的扭矩信號(hào)，轉(zhuǎn)速傳感器采集旋翼的轉(zhuǎn)速信號(hào)，溫度傳感器采集剎車盤的溫度值。
[0010]剎車控制器包括:剎車力矩調(diào)理單元、旋翼轉(zhuǎn)速調(diào)理單元、DSP控制單元、CPLD邏輯陳列單元、隔離電路單元、功率驅(qū)動(dòng)單元及電流采集單元和過流保護(hù)單元等。
[0011]剎車力矩調(diào)整單元:對(duì)傳感器采集的剎車力矩信號(hào)進(jìn)行放大、濾波，然后送入A/D采集單元，A/D轉(zhuǎn)換后將信號(hào)輸出至DSP控制單元；
[0012]旋翼轉(zhuǎn)速調(diào)理單元:對(duì)傳感器采集的旋翼轉(zhuǎn)速信號(hào)進(jìn)行放大、濾波，然后送入A/D采集單元，A/D轉(zhuǎn)換后將信號(hào)輸出至DSP控制單元；
[0013]DSP控制單元接收剎車指令，根據(jù)旋翼轉(zhuǎn)速、剎車扭矩、剎車溫度的變化和預(yù)先設(shè)定的剎車時(shí)間進(jìn)行分析綜合，通過PI經(jīng)典控制算法計(jì)算相應(yīng)的剎車力，輸出用于控制無刷直流電機(jī)的一路PWM信號(hào)和電機(jī)轉(zhuǎn)向信號(hào)并輸入CPLD ；
[0014]CPLD邏輯陳列單元將DSP發(fā)送過來的一路PWM信號(hào)經(jīng)過邏輯變換成使用于無刷直流電機(jī)六路PWM信號(hào)，避免了由DSP直接發(fā)送六路PWM信號(hào)問題，為DSP節(jié)約了寶貴的軟硬件資源。此外，CPLD邏輯陳列單元還具有電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制保護(hù)功能。
[0015]功率驅(qū)動(dòng)單元:CPLD邏輯器輸出的邏輯電平一般不足以驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行，因此需對(duì)其進(jìn)行功率放大才能使電機(jī)正常工作。
[0016]剎車作動(dòng)裝置包括:剎車盤、剎車塊、無刷直流電機(jī)和作動(dòng)機(jī)構(gòu)。無刷直流電機(jī)接收到電信號(hào)后，開始轉(zhuǎn)動(dòng)并帶動(dòng)與其連接的作動(dòng)機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)剎車塊作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)剎車盤的夾緊和松開操作。
[0017]為防止功率驅(qū)動(dòng)單元對(duì)數(shù)字電路部分產(chǎn)生干擾，采用了隔離電路對(duì)數(shù)字電路部分和功率驅(qū)動(dòng)電路部分進(jìn)行了隔離。
[0018]三種傳感器將溫度、旋翼轉(zhuǎn)速和力矩信號(hào)反饋給DSP中央控制單元綜合分析計(jì)算出得出相應(yīng)的剎車力輸出給電作動(dòng)機(jī)構(gòu)，根據(jù)不同的使用情況對(duì)剎車力矩作出動(dòng)態(tài)調(diào)整，確保旋翼剎車處于最佳工作狀態(tài)，剎車性能得到大幅度提高，該系統(tǒng)重量輕、操縱靈活、人機(jī)功效好，容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)操控。
[0019]本發(fā)明的關(guān)鍵點(diǎn):
[0020]1.采用電作動(dòng)機(jī)構(gòu)取代了液壓剎車機(jī)構(gòu)，取消液壓管道、泵等液壓組件，系統(tǒng)的重量和體積大幅度降低，穩(wěn)定性、安全性和維護(hù)性也大大提高；
[0021]2.采用先進(jìn)的多元反饋剎車控制器改善剎車性能，可根據(jù)不同的使用情況對(duì)剎車力矩作出動(dòng)態(tài)調(diào)整，確保旋翼剎車處于最佳工作狀態(tài)，剎車性能得到大幅度提高，該系統(tǒng)重量輕、操縱靈活、人機(jī)功效好，容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)操控。
[0022]本發(fā)明的有益效果:
[0023]本發(fā)明采用電作動(dòng)機(jī)構(gòu)取代了液壓剎車機(jī)構(gòu)，不需要任何液壓管道、泵和閥等液壓組件，避免了液壓油泄露和燃燒的危險(xiǎn)，提高了安全性，減輕了直升機(jī)的重量；剎車力矩、剎車溫度反饋控制系統(tǒng)顯著改善了剎車性能，減少剎車過程對(duì)機(jī)上部件沖擊，提高旋翼剎車剎車塊和剎車盤使用次數(shù)，減少維護(hù)費(fèi)用；系統(tǒng)的模塊化和實(shí)時(shí)檢測(cè)功能大大提高了直升機(jī)的維護(hù)性；電動(dòng)剎車系統(tǒng)的剎車作動(dòng)頻率和剎車效率高于液壓剎車系統(tǒng)，且易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)操控。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1是直升機(jī)旋翼電動(dòng)剎車系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)圖
[0025]圖2是直升機(jī)旋翼電動(dòng)剎車系統(tǒng)控制框圖
[0026]圖3是直升機(jī)旋翼轉(zhuǎn)速、剎車力矩調(diào)理單元電路圖
[0027]圖4直升機(jī)旋翼剎車工作原理圖

【具體實(shí)施方式】
[0028]—種直升機(jī)旋翼電動(dòng)剎車系統(tǒng)，包括剎車控制器、剎車作動(dòng)裝置、扭矩傳感器、溫度傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器和直升機(jī)旋翼等。
[0029]扭矩傳感器采集剎車時(shí)的扭矩信號(hào)，轉(zhuǎn)速傳感器采集旋翼的轉(zhuǎn)速信號(hào)，溫度傳感器采集剎車盤的溫度值。
[0030]剎車控制器包括:剎車力矩調(diào)理單元、旋翼轉(zhuǎn)速調(diào)理單元、DSP控制單元、CPLD邏輯陳列單元、隔離電路單元、功率驅(qū)動(dòng)單元及電流采集單元和過流保護(hù)單元等。
[0031]剎車力矩調(diào)整單元:對(duì)傳感器采集的剎車力矩信號(hào)進(jìn)行放大、濾波，然后送入A/D采集單元，A/D轉(zhuǎn)換后將信號(hào)輸出至DSP控制單元；
[0032]旋翼轉(zhuǎn)速調(diào)理單元:對(duì)傳感器采集的旋翼轉(zhuǎn)速信號(hào)進(jìn)行放大、濾波，然后送入A/D采集單元，A/D轉(zhuǎn)換后將信號(hào)輸出至DSP控制單元；
[0033]DSP控制單元接收剎車指令，根據(jù)旋翼轉(zhuǎn)速、剎車扭矩、剎車溫度的變化和預(yù)先設(shè)定的剎車時(shí)間進(jìn)行分析綜合，通過PI經(jīng)典控制算法計(jì)算相應(yīng)的剎車力，輸出用于控制無刷直流電機(jī)的一路PWM信號(hào)和電機(jī)轉(zhuǎn)向信號(hào)并輸入CPLD ；
[0034]CPLD邏輯陳列單元將DSP發(fā)送過來的一路PWM信號(hào)經(jīng)過邏輯變換成使用于無刷直流電機(jī)六路PWM信號(hào)，避免了由DSP直接發(fā)送六路PWM信號(hào)問題，為DSP節(jié)約了寶貴的軟硬件資源。此外，CPLD邏輯陳列單元還具有電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制保護(hù)功能。
[0035]功率驅(qū)動(dòng)單元:CPLD邏輯器輸出的邏輯電平一般不足以驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行，因此需對(duì)其進(jìn)行功率放大才能使電機(jī)正常工作。
[0036]剎車作動(dòng)裝置包括:剎車盤、剎車塊、無刷直流電機(jī)和作動(dòng)機(jī)構(gòu)。無刷直流電機(jī)接收到電信號(hào)后，開始轉(zhuǎn)動(dòng)并帶動(dòng)與其連接的作動(dòng)機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)剎車塊作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)剎車盤的夾緊和松開操作。
[0037]為防止功率驅(qū)動(dòng)單元對(duì)數(shù)字電路部分產(chǎn)生干擾，采用了隔離電路對(duì)數(shù)字電路部分和功率驅(qū)動(dòng)電路部分進(jìn)行了隔離。
[0038]三種傳感器將溫度、旋翼轉(zhuǎn)速和力矩信號(hào)反饋給DSP中央控制單元綜合分析計(jì)算出得出相應(yīng)的剎車力輸出給電作動(dòng)機(jī)構(gòu)，根據(jù)不同的使用情況對(duì)剎車力矩作出動(dòng)態(tài)調(diào)整，確保旋翼剎車處于最佳工作狀態(tài)，剎車性能得到大幅度提高，該系統(tǒng)重量輕、操縱靈活、人機(jī)功效好，容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)操控。
【權(quán)利要求】
1.一種直升機(jī)旋翼電動(dòng)剎車系統(tǒng)，其特征在于，包括剎車控制器、剎車作動(dòng)裝置、扭矩傳感器、溫度傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器和直升機(jī)旋翼，系統(tǒng)接受駕駛員給定的剎車信號(hào)后，傳感器采集溫度信號(hào)、旋翼轉(zhuǎn)速信號(hào)和剎車力矩反饋信號(hào)，經(jīng)過調(diào)理單元和A/D轉(zhuǎn)換后共同輸入到DSP控制單元，DSP控制單元對(duì)信號(hào)進(jìn)行綜合分析，并根據(jù)控制策略輸出一路控制無刷直流電機(jī)的PWM信號(hào)和電機(jī)轉(zhuǎn)向信號(hào)，一路PWM信號(hào)經(jīng)過CPLD邏輯陣列單元變換成適合無刷直流電機(jī)工作的六路PWM信號(hào)；邏輯陣列單元輸出的邏輯電平通過功率驅(qū)動(dòng)單元對(duì)電機(jī)控制信號(hào)進(jìn)行功率放大，同時(shí)，為防止功率驅(qū)動(dòng)單元對(duì)數(shù)字電路部分產(chǎn)生干擾，采用了隔離電路對(duì)數(shù)字電路部分和功率驅(qū)動(dòng)電路部分進(jìn)行了隔離；電機(jī)驅(qū)動(dòng)作動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)剎車盤上的夾緊和松開操作，以達(dá)到旋翼剎車功能要求。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直升機(jī)旋翼電動(dòng)剎車系統(tǒng)，其特征在于，所述扭矩傳感器采集剎車時(shí)的扭矩信號(hào)，轉(zhuǎn)速傳感器采集旋翼的轉(zhuǎn)速信號(hào)，溫度傳感器采集剎車盤的溫度值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直升機(jī)旋翼電動(dòng)剎車系統(tǒng)，其特征在于，所述剎車控制器包括:剎車力矩調(diào)理單元、旋翼轉(zhuǎn)速調(diào)理單元、DSP控制單元、CPLD邏輯陳列單元、隔離電路單元、功率驅(qū)動(dòng)單元及電流采集單元和過流保護(hù)單元等。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直升機(jī)旋翼電動(dòng)剎車系統(tǒng)，其特征在于，所述剎車力矩調(diào)整單元:對(duì)傳感器采集的剎車力矩信號(hào)進(jìn)行放大、濾波，然后送入A/D采集單元，A/D轉(zhuǎn)換后將信號(hào)輸出至DSP控制單元。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直升機(jī)旋翼電動(dòng)剎車系統(tǒng)，其特征在于，所述旋翼轉(zhuǎn)速調(diào)理單元:對(duì)傳感器采集的旋翼轉(zhuǎn)速信號(hào)進(jìn)行放大、濾波，然后送入A/D采集單元，A/D轉(zhuǎn)換后將信號(hào)輸出至DSP控制單元。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直升機(jī)旋翼電動(dòng)剎車系統(tǒng)，其特征在于，所述DSP控制單元接收剎車指令，根據(jù)旋翼轉(zhuǎn)速、剎車扭矩、剎車溫度的變化和預(yù)先設(shè)定的剎車時(shí)間進(jìn)行分析綜合，通過PI經(jīng)典控制算法計(jì)算相應(yīng)的剎車力，輸出用于控制無刷直流電機(jī)的一路PWM信號(hào)和電機(jī)轉(zhuǎn)向信號(hào)并輸入CPLD。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直升機(jī)旋翼電動(dòng)剎車系統(tǒng)，其特征在于，所述CPLD邏輯陳列單元將DSP發(fā)送過來的一路PWM信號(hào)經(jīng)過邏輯變換成使用于無刷直流電機(jī)六路PWM信號(hào)，避免了由DSP直接發(fā)送六路PWM信號(hào)問題，為DSP節(jié)約了寶貴的軟硬件資源。此外，CPLD邏輯陳列單元還具有電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制保護(hù)功能。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直升機(jī)旋翼電動(dòng)剎車系統(tǒng)，其特征在于，所述功率驅(qū)動(dòng)單元:CPLD邏輯器輸出的邏輯電平一般不足以驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行，因此需對(duì)其進(jìn)行功率放大才能使電機(jī)正常工作。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直升機(jī)旋翼電動(dòng)剎車系統(tǒng)，其特征在于，所述剎車作動(dòng)裝置包括:剎車盤、剎車塊、無刷直流電機(jī)和作動(dòng)機(jī)構(gòu)。無刷直流電機(jī)接收到電信號(hào)后，開始轉(zhuǎn)動(dòng)并帶動(dòng)與其連接的作動(dòng)機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)剎車塊作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)剎車盤的夾緊和松開操作。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直升機(jī)旋翼電動(dòng)剎車系統(tǒng)，其特征在于，所述為防止功率驅(qū)動(dòng)單元對(duì)數(shù)字電路部分產(chǎn)生干擾，采用了隔離電路對(duì)數(shù)字電路部分和功率驅(qū)動(dòng)電路部分進(jìn)行了隔離。
【文檔編號(hào)】F16D55/224GK104290905SQ201410424780
【公開日】2015年1月21日 申請(qǐng)日期:2014年8月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月26日
【發(fā)明者】涂文兵, 陳鵬, 吳文敏, 夏富春, 廖文冬 申請(qǐng)人:中國直升機(jī)設(shè)計(jì)研究所