飞机操纵负荷反馈系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型属于人机交互设备领域，特别涉及一种飞机操纵负荷反馈系统，包括驾驶杆（1），所述驾驶杆（1）的中部设有支点，驾驶杆（1）的一端用于用户操控，另一端通过刚性传动机构（9）与电机（5）连接，还包括，用于检测所述驾驶杆位置信息、速度信息以及力信息的传感器（7），以及微处理器（8），微处理器（8）接受驾驶杆（1）的位置信息、速度信息以及力信息，进行处理后输入信号至驱动器以控制所述电机（5）的输出扭矩。该飞机操纵负荷反馈系统通过刚性传动机构反馈飞机操纵负荷，解决了现有飞机模拟机操纵负荷反馈系统的传动精度较低、作用可靠性较差的问题。上述飞机操纵负荷反馈系统中的驾驶杆还可以替换为油门杆或脚蹬。
【专利说明】飞机操纵负荷反馈系统
【技术领域】
[0001]本实用新型属于人机交互设备领域，特别涉及一种飞机驾驶杆、脚蹬、油门杆的力反馈系统。
【背景技术】
[0002]飞行模拟机是训练飞行人员的必备装置，飞行员在地面的静态测试中操作驾驶杆、脚蹬、油门杆，飞行仿真系统给飞行员提供实际飞行的操纵负荷、视觉、听觉，从而达到实训的效果。使用飞行模拟机进行飞机训练，具备提高训练效率，节省训练费用，确保驾驶安全，降低环境污染等优点。
[0003]飞机的操纵主要使用驾驶杆、脚蹬以及油门杆，其中驾驶杆是操纵飞机飞行的重要部件，飞行员后拉驾驶杆，升降舵上偏，机头上仰；前推驾驶杆，则升降舵下偏，机头下俯。左推驾驶杆，左侧副翼上偏，飞机向右横滚；右推驾驶杆，右侧副翼上偏，飞机向左横滚。脚蹬用于控制飞机在水平面方向的偏转，蹬左脚收右脚飞机向右偏转；蹬右脚收左脚飞机向左偏转。油门杆用于控制飞机发动机输出功率。向前推增大发动机输出动力，往后拉减小发动机输出动力。
[0004]现有飞机模拟机操纵负荷反馈回路中多采用电液伺服系统控制，其具有功率大、快速性好、精度高等优点，但是液压系统结构复杂、维护不便，应用在飞机模拟机中，使得飞机模拟器操纵负荷反馈装置的灵活性受到很大的限制。为此，提供一种反馈回路结构简单、同时能够多通道反馈操纵负荷的飞行模拟装置成为本领域技术人员亟待解决的问题。
[0005]为此，中国专利文件CN101976522A公开了一种飞机驾驶盘力反馈系统，系统部件包括一个方向盘、一个操纵杆、两个编码器、四个绕线轮、四条钢丝绳、四个拉伸弹簧、四个传动轴、两个交流伺服电机、两个减速器、一个基座。当方向盘受力偶作用作旋转运动或者操纵杆受力作用做直线运动时，编码器采集方向盘绕操纵杆轴线旋转的角位移矢量或者采集操纵杆沿纵向直线运动的位移矢量，上位机实时计算对应电机轴转角，控制电机做位置伺服，带动钢丝绳牵引弹簧完成一定形变，弹簧形变产生的力矩传递到方向盘或者操纵杆上，使飞行员感受到反馈力。该系统力反馈回路采用钢丝绳和绕线轮传递运动和力，钢丝绳容易发生扭转，负载发生转动，传动不稳定，钢丝绳和绕线轮磨损较大从而导致钢丝绳寿命短，当钢丝绳过载绷断时，具有极大的弹性，不安全。并且该力反馈系统在两个自由度上反馈飞机驾驶杆操纵负荷，无法反馈实际飞行时同时产生的多通道操纵负荷，对于飞机操纵负荷的模拟不够全面。
实用新型内容
[0006]本实用新型要解决的技术问题在于现有飞机模拟机操纵负荷反馈系统的传动系统传动精度较低、作用可靠性较差的问题，进而提供一种精度较高的飞机操纵负荷反馈系统。
[0007]为解决上述技术问题，本实用新型的飞机操纵负荷反馈系统包括驾驶杆，其包括驾驶杆，所述驾驶杆的中部设有支点，且所述驾驶杆的一端用于用户操控，另一端通过一个刚性传动机构与电机连接，用于检测所述驾驶杆位置信息、速度信息以及力信息的传感器，以及微处理器，微处理器接受所述驾驶杆的位置信息、速度信息以及力信息，进行处理后输入信号至驱动器以控制所述电机的输出扭矩。
[0008]优选的，所述刚性传动机构为连杆机构。
[0009]优选的，所述电机为直流力矩电机，其与所述刚性传动机构通过减速机连接。
[0010]优选的，所述驱动器为PWM脉宽调制调速驱动器。
[0011]优选的，所述电机上安装编码器。
[0012]所述驾驶杆可替换为油门杆或脚蹬。
[0013]本实用新型的上述技术方案相比现有技术具有以下优点:
[0014](I)本实用新型的飞机操纵负荷反馈系统中驾驶杆一端用于用户操控，另一端通过一个刚性传动机构与电机连接，微处理器接收驾驶杆的位移信息、速度信息以及力信息，输出信号至驱动器以控制电机输出扭矩。相比于现有技术来说，该飞机操纵负荷反馈系统采用刚性传动机构，传动精度较高、作用可靠性高。
[0015](2)优选的，该飞机操纵负荷反馈系统的刚性传动机构为连杆机构，连杆机构的结构简单，稳定性高，同时，安装方便，成本较低。
[0016](3)飞机操纵负荷反馈系统采用直流力矩电机进行操纵负荷的力反馈控制，其能够满足精确控制电机输出扭矩的要求。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中，
[0018]图1是本实用新型的飞机操纵负荷反馈系统的原理图；
[0019]图2是本实用新型的飞机操纵负荷反馈系统的立体图。
[0020]图中附图标记表示为:1-驾驶杆，2-座体，3-油门杆，4-脚瞪，5-电机，6-连杆，7-传感器,8-微处理器,9-刚性传动机构。
【具体实施方式】
[0021]以下将结合附图，使用以下实施例对本实用新型进行进一步阐述。
[0022]本实用新型的飞机操纵负荷反馈系统如图1，图2所示，包括驾驶杆负荷力反馈系统，油门杆负荷力反馈系统以及脚蹬负荷力反馈系统，上述飞机操纵负荷反馈系统安装于座体2内部。其中，上述驾驶杆负荷力反馈系统包括驾驶杆1，所述驾驶杆I的中部设有支点，所述驾驶杆I的一端用于用户操控，另一端通过一个刚性传动机构9与电机5连接，用于检测所述驾驶杆I的位移信息、速度信息以及力信息的传感器7，以及微处理器8 ;所述微处理器8接受所述驾驶杆I的位移信息、速度信息以及力信息，进行处理后输入信号至驱动器以控制所述电机5的输出扭矩。该飞机操纵负荷反馈系统采用刚性传动机构9，传动精度较高、作用可靠性高。
[0023]由于连杆机构具有结构简单，稳定性高的优点，本实施例中，所述刚性传动机构9选用连杆机构。[0024]本实施例中，所述电机5为直流力矩电机，所述电机5上安装编码器。为了增大输出扭矩，所述电机5与刚性传动机构9通过减速机连接。刚性传动机构9与所述矩电机5的主轴通过联轴器连接。所述驱动器为PWM脉宽调制调速驱动器。
[0025]本实用新型的驾驶杆负荷力反馈系统工作过程为:当驾驶员操作驾驶杆I时，安装于驾驶杆I上的传感器7检测驾驶杆I位移信息、速度信息以及力信息，微处理器8接收检测传感器7检测到的驾驶杆位移信息、速度信息以及力信息，具体地，通过测出的角位移信号计算出气动力，通过速度信号计算出粘性摩擦力，通过其他参数计算出库伦摩擦力、惯性力、弹簧力等；并通过Iugre摩擦力模型消除了摩擦力对系统的影响，通过PID(比例积分微分)或其他算法使系统稳定并达到要求的稳态和动态性能。输出信号至PWM脉宽调制调速驱动器以控制直流力矩电机5输出扭矩，最终，电机5输出的扭矩通过所述刚性传动机构作用于驾驶杆1，实现驾驶杆I操纵负荷反馈。
[0026]上述工作过程同样适用于油门杆负荷力反馈系统以及脚蹬负荷力反馈系统。上述系统互相可以单独运行，也可以同时使用，当三个操纵负荷反馈系统同时工作时，由于所述所述驾驶杆I的反馈力分为两个自由度:横向和纵向，该力反馈系统实现了四通道飞机操纵负荷反馈。
[0027]当然，此飞机操纵负荷反馈系统的刚性传动机构9还可采用如齿轮机构的其他刚性传动机构，同样，刚性传动机构9与电机5主轴不局限于联轴器连接，还可采用其他活动连接，如齿轮啮合等。另外，所述输出扭矩的电机5的数量和类型都可改变，数量可以根据需要检测并反馈的自由度数量增加而增加，电机的类型也可以采用伺服电机。
【权利要求】
1.一种飞机操纵负荷反馈系统，包括，驾驶杆(1)，其特征在于:所述驾驶杆(I)的中部设有支点，且所述驾驶杆(I)的一端用于用户操控，另一端通过一个刚性传动机构(9)与电机(5)连接，用于检测所述驾驶杆位置信息、速度信息以及力信息的传感器(7)，以及微处理器(8)，微处理器(8)接受所述驾驶杆(I)的位置信息、速度信息以及力信息，进行处理后输入信号至驱动器以控制所述电机(5)的输出扭矩。
2.根据权利要求1所述的飞机操纵负荷反馈系统，其特征在于:所述刚性传动机构(9)为连杆机构。
3.根据权利要求1或2所述的飞机操纵负荷反馈系统，其特征在于:所述电机(5)为直流力矩电机，其与所述刚性传动机构(9)通过减速机连接。
4.根据权利要求3所述的飞机操纵负荷反馈系统，其特征在于:所述驱动器为PWM脉宽调制调速驱动器。
5.根据权利要求4所述的飞机操纵负荷反馈系统，其特征在于:所述电机(5)上安装编码器。
6.根据权利要求1所述的飞机操纵负荷反馈系统，其特征在于:所述驾驶杆(I)可替换为油门杆(3)或脚蹬(4)。
【文档编号】G09B9/28GK203573515SQ201320740929
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2013年11月20日 优先权日:2013年11月20日
【发明者】崔明宝, 段峰 申请人:北京摩诘创新科技股份有限公司