推力矢量控制的机电伺服系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及飞行器领域，具体而言，涉及一种推力矢量控制的机电伺服系统。
【背景技术】
[0002]对运载火箭及其有效载荷的飞行控制执行闭环系统一般统称为伺服系统，伺服系统的典型应用之一就是摇摆液体发动机或固体发动机喷管实现推力矢量控制，完成对运载火箭姿态的控制。固体火箭发动机以固体可燃烧药柱为燃料，具备存储时间长，维护性好，使用准备时间短，使用灵活等优点，是目前世界上主流的火箭发展方向之一。相应的，摇摆固体火箭发动机喷管的闭环控制伺服系统也是必备的控制系统设备。
[0003]机电伺服系统在以往由于技术条件发展的限制，通常只用于功率级别非常小的舵机，根本无法满足运载火箭推力矢量控制的使用要求。但是近一二十年来，随着电力电子技术、功率驱动技术、磁性材料技术以及高性能数字控制技术的飞速发展，机电伺服技术用于中大型固体运载火箭的推力矢量控制成为可能。
[0004]机电伺服系统为达到推力矢量控制的目的，伺服系统中必须包含一套动力执行机构，用于输出伸缩动作，起到摇摆发动机喷管的作用；必须包含一套控制驱动设备，用于执行闭环控制算法，驱动执行机构输出功率；必须包含一套运载火箭上使用的能源，为整个伺服系统提供初级能源。
[0005]更具体地，根据固体运载火箭推力矢量控制使用的实际要求，机电伺服系统主要由以下几个部分组成:机电传动机构、伺服电机、伺服控制驱动器、伺服动力电源(含激活控制器)以及相应电缆网，机电传动机构与伺服电机共同构成机电作动器。其中伺服动力电源为整个系统提供初级直流电能；伺服控制驱动器通过功率逆变电路，运行闭环控制算法，根据使用要求与系统状态信息，将伺服动力电源提供的直流电能逆变为三相交流电能，提供给伺服电机；而伺服电机作为整个系统的动力执行元件，输出转矩、转速机械功率，带动机电传动机构做功，实现推力矢量控制，电缆网负责将相关部分连接起来。
[0006]传统的机电伺服系统中，由于其结构设计等原因，一般其功率越大，占用空间也相对越大，而随着运载火箭的技术发展，特别是固体发动机喷管附近各类设备较多，空间布局紧张，各种安装尺寸受限的情况，传统的机电伺服系统已经难以满足空间布局紧张的运载火箭的要求。
【发明内容】
[0007]本发明旨在提供一种降低轴向空间要求的推力矢量控制的机电伺服系统。
[0008]本发明提供了一种推力矢量控制的机电伺服系统，包括两台机电作动器、一台主伺服控制驱动器、一台从伺服控制驱动器以及提供电源的一台伺服动力电源，其中，主伺服控制驱动器和从伺服控制驱动器分别驱动控制一台机电作动器，机电作动器为平行式机电作动器，平行式机电作动器包括伺服电机和滚珠丝杠传动机构以及驱动连接伺服电机和滚珠丝杠传动机构的齿轮传动机构，滚珠丝杠传动机构和伺服电机平行布置。
[0009]进一步地，主伺服控制驱动器和从伺服控制驱动器包括相互连接并通信的CAN总线连接器；主伺服控制驱动器还包括1553B总线连接器。
[0010]进一步地，主伺服控制驱动器和从伺服控制驱动器的CAN总线连接器通过双冗余CAN总线连接。
[0011]进一步地，机电作动器包括动力电输入连接器、电机转子位置反馈电连接器和线位移反馈连接器。
[0012]进一步地，主伺服控制驱动器和从伺服控制驱动器均还包括三相交流动力电源连接器、直流电源输入连接器和作动器反馈连接器；其中，三相交流动力电源连接器与机电作动器的动力电输入连接器连接；直流电源输入连接器与伺服动力电源连接；作动器反馈连接器与机电作动器的电机转子位置反馈电连接器和线位移反馈连接器连接。
[0013]进一步地，机电伺服系统还包括一台激活控制器，激活控制器包括接收飞行器中央控制系统发送的激活指令的接收电连接器，和向伺服动力电源发送激活信号的发送电连接器。
[0014]本发明还提供了一种飞行器，包括发动机喷管，飞行器还包括前述的推力矢量控制的机电伺服系统，机电伺服系统的机电作动器驱动发动机喷管摆动。
[0015]进一步地，机电作动器包括上支耳和下支耳，发动机喷管摆动地设置在喷管固定架上，机电作动器的上支耳与喷管固定架铰接，下支耳与发动机喷管铰接。
[0016]进一步地，机电作动器为两台，两台机电作动器沿圆周方向相差90°布置。
[0017]根据本发明的机电伺服系统，通过采用平行式机电作动器，即使滚珠丝杠传动机构和伺服电机平行布置，从而有效地减小的整个机电伺服系统轴向占用空间，可以最大程度上在轴向安装尺寸严重受限的情况下满足设计使用的要求。另外，本发明采用伺服驱动器和伺服控制器为一体设计的伺服控制驱动器方案，能够进一步减小整个机电伺服系统占用空间，最大可能地满足空间要求。
【附图说明】
[0018]构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
[0019]图1是根据本发明的推力矢量控制的机电伺服系统的连接示意图；
[0020]图2是根据本发明的平行式机电作动器原理图
[0021]图3是根据本发明的推力矢量控制的机电伺服系统的主伺服控制驱动器和从伺服控制驱动器连接关系示意图；
[0022]图4是根据本发明飞行器在发动机喷管周围的推力矢量控制的机电伺服系统布局图；
[0023]图5是根据本发明的机电作动器实现推力矢量控制原理图。
【具体实施方式】
[0024]下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
[0025]如图1至2所示，以运载火箭的推力矢量控制来说明本发明的推力矢量控制的机电伺服系统，在本发明中，机电伺服系统包括两台机电作动器10、一台主伺服控制驱动器20、一台从伺服控制驱动器30以及提供电源的一台伺服动力电源40，其中，主伺服控制驱动器20和从伺服控制驱动器30分别驱动控制一台机电作动器10，机电作动器10为平行式机电作动器，平行式机电作动器包括伺服电机I和滚珠丝杠传动机构2以及驱动连接伺服电机I和滚珠丝杠传动机构2的齿轮传动机构3，滚珠丝杠传动机构2和伺服电机I平行布置。本发明通过采用平行式机电作动器，即使滚珠丝杠传动机构2和伺服电机I平行布置，从而有效地减小的整个机电伺服系统轴向占用空间，可以最大程度上在轴向安装尺寸严重受限的情况下满足设计使用的要求。另外，本发明采用伺服驱动器和伺服控制器为一体设计的伺服控制驱动器方案，能够进一步减小整个机电伺服系统占用空间，最大可能地满足空间要求。
[0026]优选地，结合图1所示，机电伺服系统还包括一台激活控制器50，激活控制器包括接收飞行器中央控制系统发送的激活指令的接收电连接器，和向伺服动力电源发送激活信号的发送电连接器。设计激活控制器50，可以对影响激活信号的相关因素隔离处理，可以有效确保伺服动力电源40的激活可靠性与使用安全性。
[0027]结合图1和图3连接关系图所示，机电作动器10包含3个电气连接器，分别是动力电输入连接器、电机转子位置反馈电连接器和线位移反馈连接器。主伺服控制驱动器20含有5个电连接器，分别是I个完成1553B数字总线通信和控制电供电、I个接收机电作动器的反馈信号、I个完成与从伺服控制驱动器的CAN总线通信、I个接收伺服动力电源的直流电能输入、I个向伺服电机输出三相交流动力信号。从伺服控制驱动器30包含4个电连接器，与主伺服控制驱动器20相比，无1553B数字总线通信电路，其他电气接口与主伺服控制驱动器相同。伺服动力电源40有两个电连接器接口，一个为接收激活控制器50的激活信号，另一个为直流动力电的输出接口。激活控制器50有两个电连接器接口，一个为接收飞行器中央控制系统发出的激活信号指令，另一个为经转换后向伺服动力电源发送激活信号。
[0028]结合图3所示，该推力矢量控制的机电伺服系统的伺服控制驱动器方案为创新设计，使用主伺服控制驱动器20与从伺服控制驱动器30向结合，共同完成推力矢量控制的技术方案。如