推力矢量控制的機(jī)電伺服系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及飛行器領(lǐng)域，具體而言，涉及一種推力矢量控制的機(jī)電伺服系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]對(duì)運(yùn)載火箭及其有效載荷的飛行控制執(zhí)行閉環(huán)系統(tǒng)一般統(tǒng)稱為伺服系統(tǒng)，伺服系統(tǒng)的典型應(yīng)用之一就是搖擺液體發(fā)動(dòng)機(jī)或固體發(fā)動(dòng)機(jī)噴管實(shí)現(xiàn)推力矢量控制，完成對(duì)運(yùn)載火箭姿態(tài)的控制。固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)以固體可燃燒藥柱為燃料，具備存儲(chǔ)時(shí)間長，維護(hù)性好，使用準(zhǔn)備時(shí)間短，使用靈活等優(yōu)點(diǎn)，是目前世界上主流的火箭發(fā)展方向之一。相應(yīng)的，搖擺固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴管的閉環(huán)控制伺服系統(tǒng)也是必備的控制系統(tǒng)設(shè)備。
[0003]機(jī)電伺服系統(tǒng)在以往由于技術(shù)條件發(fā)展的限制，通常只用于功率級(jí)別非常小的舵機(jī)，根本無法滿足運(yùn)載火箭推力矢量控制的使用要求。但是近一二十年來，隨著電力電子技術(shù)、功率驅(qū)動(dòng)技術(shù)、磁性材料技術(shù)以及高性能數(shù)字控制技術(shù)的飛速發(fā)展，機(jī)電伺服技術(shù)用于中大型固體運(yùn)載火箭的推力矢量控制成為可能。
[0004]機(jī)電伺服系統(tǒng)為達(dá)到推力矢量控制的目的，伺服系統(tǒng)中必須包含一套動(dòng)力執(zhí)行機(jī)構(gòu)，用于輸出伸縮動(dòng)作，起到搖擺發(fā)動(dòng)機(jī)噴管的作用；必須包含一套控制驅(qū)動(dòng)設(shè)備，用于執(zhí)行閉環(huán)控制算法，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出功率；必須包含一套運(yùn)載火箭上使用的能源，為整個(gè)伺服系統(tǒng)提供初級(jí)能源。
[0005]更具體地，根據(jù)固體運(yùn)載火箭推力矢量控制使用的實(shí)際要求，機(jī)電伺服系統(tǒng)主要由以下幾個(gè)部分組成:機(jī)電傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、伺服電機(jī)、伺服控制驅(qū)動(dòng)器、伺服動(dòng)力電源(含激活控制器)以及相應(yīng)電纜網(wǎng)，機(jī)電傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與伺服電機(jī)共同構(gòu)成機(jī)電作動(dòng)器。其中伺服動(dòng)力電源為整個(gè)系統(tǒng)提供初級(jí)直流電能；伺服控制驅(qū)動(dòng)器通過功率逆變電路，運(yùn)行閉環(huán)控制算法，根據(jù)使用要求與系統(tǒng)狀態(tài)信息，將伺服動(dòng)力電源提供的直流電能逆變?yōu)槿嘟涣麟娔埽峁┙o伺服電機(jī)；而伺服電機(jī)作為整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)力執(zhí)行元件，輸出轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速機(jī)械功率，帶動(dòng)機(jī)電傳動(dòng)機(jī)構(gòu)做功，實(shí)現(xiàn)推力矢量控制，電纜網(wǎng)負(fù)責(zé)將相關(guān)部分連接起來。
[0006]傳統(tǒng)的機(jī)電伺服系統(tǒng)中，由于其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等原因，一般其功率越大，占用空間也相對(duì)越大，而隨著運(yùn)載火箭的技術(shù)發(fā)展，特別是固體發(fā)動(dòng)機(jī)噴管附近各類設(shè)備較多，空間布局緊張，各種安裝尺寸受限的情況，傳統(tǒng)的機(jī)電伺服系統(tǒng)已經(jīng)難以滿足空間布局緊張的運(yùn)載火箭的要求。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0007]本實(shí)用新型旨在提供一種降低軸向空間要求的推力矢量控制的機(jī)電伺服系統(tǒng)。
[0008]本實(shí)用新型提供了一種推力矢量控制的機(jī)電伺服系統(tǒng)，包括兩臺(tái)機(jī)電作動(dòng)器、一臺(tái)主伺服控制驅(qū)動(dòng)器、一臺(tái)從伺服控制驅(qū)動(dòng)器以及提供電源的一臺(tái)伺服動(dòng)力電源，其中，主伺服控制驅(qū)動(dòng)器和從伺服控制驅(qū)動(dòng)器分別驅(qū)動(dòng)控制一臺(tái)機(jī)電作動(dòng)器，機(jī)電作動(dòng)器為平行式機(jī)電作動(dòng)器，平行式機(jī)電作動(dòng)器包括伺服電機(jī)和滾珠絲杠傳動(dòng)機(jī)構(gòu)以及驅(qū)動(dòng)連接伺服電機(jī)和滾珠絲杠傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，滾珠絲杠傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和伺服電機(jī)平行布置。
[0009]進(jìn)一步地，主伺服控制驅(qū)動(dòng)器和從伺服控制驅(qū)動(dòng)器包括相互連接并通信的CAN總線連接器；主伺服控制驅(qū)動(dòng)器還包括1553B總線連接器。
[0010]進(jìn)一步地，主伺服控制驅(qū)動(dòng)器和從伺服控制驅(qū)動(dòng)器的CAN總線連接器通過雙冗余CAN總線連接。
[0011]進(jìn)一步地，機(jī)電作動(dòng)器包括動(dòng)力電輸入連接器、電機(jī)轉(zhuǎn)子位置反饋電連接器和線位移反饋連接器。
[0012]進(jìn)一步地，主伺服控制驅(qū)動(dòng)器和從伺服控制驅(qū)動(dòng)器均還包括三相交流動(dòng)力電源連接器、直流電源輸入連接器和作動(dòng)器反饋連接器；其中，三相交流動(dòng)力電源連接器與機(jī)電作動(dòng)器的動(dòng)力電輸入連接器連接；直流電源輸入連接器與伺服動(dòng)力電源連接；作動(dòng)器反饋連接器與機(jī)電作動(dòng)器的電機(jī)轉(zhuǎn)子位置反饋電連接器和線位移反饋連接器連接。
[0013]進(jìn)一步地，機(jī)電伺服系統(tǒng)還包括一臺(tái)激活控制器，激活控制器包括接收飛行器中央控制系統(tǒng)發(fā)送的激活指令的接收電連接器，和向伺服動(dòng)力電源發(fā)送激活信號(hào)的發(fā)送電連接器。
[0014]本實(shí)用新型還提供了一種飛行器，包括發(fā)動(dòng)機(jī)噴管，飛行器還包括前述的推力矢量控制的機(jī)電伺服系統(tǒng)，機(jī)電伺服系統(tǒng)的機(jī)電作動(dòng)器驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)噴管擺動(dòng)。
[0015]進(jìn)一步地，機(jī)電作動(dòng)器包括上支耳和下支耳，發(fā)動(dòng)機(jī)噴管擺動(dòng)地設(shè)置在噴管固定架上，機(jī)電作動(dòng)器的上支耳與噴管固定架鉸接，下支耳與發(fā)動(dòng)機(jī)噴管鉸接。
[0016]進(jìn)一步地，機(jī)電作動(dòng)器為兩臺(tái)，兩臺(tái)機(jī)電作動(dòng)器沿圓周方向相差90°布置。
[0017]根據(jù)本實(shí)用新型的機(jī)電伺服系統(tǒng)，通過采用平行式機(jī)電作動(dòng)器，即使?jié)L珠絲杠傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和伺服電機(jī)平行布置，從而有效地減小的整個(gè)機(jī)電伺服系統(tǒng)軸向占用空間，可以最大程度上在軸向安裝尺寸嚴(yán)重受限的情況下滿足設(shè)計(jì)使用的要求。另外，本實(shí)用新型采用伺服驅(qū)動(dòng)器和伺服控制器為一體設(shè)計(jì)的伺服控制驅(qū)動(dòng)器方案，能夠進(jìn)一步減小整個(gè)機(jī)電伺服系統(tǒng)占用空間，最大可能地滿足空間要求。
【附圖說明】
[0018]構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分的附圖用來提供對(duì)本實(shí)用新型的進(jìn)一步理解，本實(shí)用新型的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本實(shí)用新型，并不構(gòu)成對(duì)本實(shí)用新型的不當(dāng)限定。在附圖中:
[0019]圖1是根據(jù)本實(shí)用新型的推力矢量控制的機(jī)電伺服系統(tǒng)的連接示意圖；
[0020]圖2是根據(jù)本實(shí)用新型的平行式機(jī)電作動(dòng)器原理圖
[0021]圖3是根據(jù)本實(shí)用新型的推力矢量控制的機(jī)電伺服系統(tǒng)的主伺服控制驅(qū)動(dòng)器和從伺服控制驅(qū)動(dòng)器連接關(guān)系示意圖；
[0022]圖4是根據(jù)本實(shí)用新型飛行器在發(fā)動(dòng)機(jī)噴管周圍的推力矢量控制的機(jī)電伺服系統(tǒng)布局圖；
[0023]圖5是根據(jù)本實(shí)用新型的機(jī)電作動(dòng)器實(shí)現(xiàn)推力矢量控制原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來詳細(xì)說明本實(shí)用新型。
[0025]如圖1至2所示，以運(yùn)載火箭的推力矢量控制來說明本實(shí)用新型的推力矢量控制的機(jī)電伺服系統(tǒng)，在本實(shí)用新型中，機(jī)電伺服系統(tǒng)包括兩臺(tái)機(jī)電作動(dòng)器10、一臺(tái)主伺服控制驅(qū)動(dòng)器20、一臺(tái)從伺服控制驅(qū)動(dòng)器30以及提供電源的一臺(tái)伺服動(dòng)力電源40，其中，主伺服控制驅(qū)動(dòng)器20和從伺服控制驅(qū)動(dòng)器30分別驅(qū)動(dòng)控制一臺(tái)機(jī)電作動(dòng)器10，機(jī)電作動(dòng)器10為平行式機(jī)電作動(dòng)器，平行式機(jī)電作動(dòng)器包括伺服電機(jī)I和滾珠絲杠傳動(dòng)機(jī)構(gòu)2以及驅(qū)動(dòng)連接伺服電機(jī)I和滾珠絲杠傳動(dòng)機(jī)構(gòu)2的齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)3，滾珠絲杠傳動(dòng)機(jī)構(gòu)2和伺服電機(jī)I平行布置。本實(shí)用新型通過采用平行式機(jī)電作動(dòng)器，即使?jié)L珠絲杠傳動(dòng)機(jī)構(gòu)2和伺服電機(jī)I平行布置，從而有效地減小的整個(gè)機(jī)電伺服系統(tǒng)軸向占用空間，可以最大程度上在軸向安裝尺寸嚴(yán)重受限的情況下滿足設(shè)計(jì)使用的要求。另外，本實(shí)用新型采用伺服驅(qū)動(dòng)器和伺服控制器為一體設(shè)計(jì)的伺服控制驅(qū)動(dòng)器方案，能夠進(jìn)一步減小整個(gè)機(jī)電伺服系統(tǒng)占用空間，最大可能地滿足空間要求。
[0026]優(yōu)選地，結(jié)合圖1所示，機(jī)電伺服系統(tǒng)還包括一臺(tái)激活控制器50，激活控制器包括接收飛行器中央控制系統(tǒng)發(fā)送的激活指令的接收電連接器，和向伺服動(dòng)力電源發(fā)送激活信號(hào)的發(fā)送電連接器。設(shè)計(jì)激活控制器50，可以對(duì)影響激活信號(hào)的相關(guān)因素隔離處理，可以有效確保伺服動(dòng)力電源40的激活可靠性與使用安全性。
[0027]結(jié)合圖1和圖3連接關(guān)系圖所示，機(jī)電作動(dòng)器10包含3個(gè)電氣連接器，分別是動(dòng)力電輸入連接器、電機(jī)轉(zhuǎn)子位置反饋電連接器和線位移反饋連接器。主伺服控制驅(qū)動(dòng)器20含有5個(gè)電連接器，分別是I個(gè)完成1553B數(shù)字總線通信和控制電供電、I個(gè)接收機(jī)電作動(dòng)器的反饋信號(hào)、I個(gè)完成與從伺服控制驅(qū)動(dòng)器的CAN總線通信、I個(gè)接收伺服動(dòng)力電源的直流電能輸入、I個(gè)向伺服電機(jī)輸出三相交流動(dòng)力信號(hào)。從伺服控制驅(qū)動(dòng)器30包含4個(gè)電連接器，與主伺服控制驅(qū)動(dòng)器20相比，無1553B數(shù)字總線通信電路，其他電氣接口與主伺服控制驅(qū)動(dòng)器相同。伺服動(dòng)力電源40有兩個(gè)電連接器接口，一個(gè)為接收激活控制器50的激活信號(hào)，另一個(gè)為直流動(dòng)力電的輸出接口。激活控制器50有兩個(gè)電連接器接口，一個(gè)為接收飛行器中央控制系統(tǒng)發(fā)出的激活信號(hào)指令，另一個(gè)為經(jīng)轉(zhuǎn)換后向伺服動(dòng)力電源發(fā)送激活信號(hào)。
[0028]結(jié)合圖3所示，該推力矢量控制的機(jī)電伺服系統(tǒng)的伺服控制驅(qū)動(dòng)器方案為創(chuàng)新設(shè)計(jì)，使用主伺服控制驅(qū)動(dòng)器20與從伺服控制驅(qū)動(dòng)器30向結(jié)合，共同完成推力矢量控制的技