专利名称：一种电动舵系统的制作方法
技术领域：
一种电动舵系统技术领域[0001]本实用新型属于舵机领域，具体涉及一种电动舵系统。
技术背景[0002]直流伺服机型电动舵系统，具有运行效率高，调速性能好等特点，在航空、航天领域的机构驱动中，此种舵系统以低成本、大转矩、正反转调节方便、控制简单而得到广泛应用。[0003]无人机具有高空、长航时、工作空域范围宽、可重复使用等特点，因此，对机上设备的性能和可靠性提出了更高的要求。目前国内各类应用于无人机的电动舵系统低温工作温度大都只能达到-40°C，无法达到更低温度条件下的工作要求；并且在多路舵机回路结构控制时存在电磁干扰的问题。发明内容[0004]本实用新型的目的是提供一种高可靠性的电动舵系统。[0005]本实用新型所采用的技术方案是[0006]一种电动舵系统，包括舵机放大器和电动舵机两部分，舵机放大器接收综控机的舵控信号；舵机放大器由放大校正电路，隔离放大电路、功率驱动电路、输出隔离电路、反馈放大电路以及电源模块组成；电动舵机由电机、减速器、输出轴、电位器组成；[0007]其中，舵机放大器接收的舵控信号由放大校正电路放大校正后输入隔离放大电路；隔离放大后的信号通过功率驱动电路后，经由电动舵机的电机、减速器从而控制电动舵机输出轴的偏转角度；偏转角度信号通过电位器转换成电压信号，该电压信号输入到舵机放大器的反馈放大电路中，放大后的信号分别输入到放大校正电路和输出隔离电路，输出隔离电路再将反馈信号发给综控机和遥测。[0008]如上所述的一种电动舵系统，其中所述隔离放大电路采用MSA203A器件或AD203 器件，放大校正电路输出端与MSA203A或AD203的第三管脚“ in+”端相连。[0009]如上所述的一种电动舵系统，其中所述功率驱动电路采用SA03器件，隔离放大电路MSA203A或AD203的第九管脚“Out”端与功率驱动器SA03的第三管脚“+PWM”端相连。[0010]如上所述的一种电动舵系统，其中所述隔离放大电路中包括中点电压调节电路， 所述中点电压调节电路采用基准电压源AD584器件，AD584的输出端与电阻R28*、R10串联， RlO与运算放大器0P07反向输入端相连，运算放大器0P07的输出端与隔离放大器MSA203A 或AD203的输入端“in+”相连，电阻R28*为可调电阻。[0011]如上所述的一种电动舵系统，其中所述电源模块为放大校正电路、隔离放大电路、输出隔离电路、电位器提供工作电压。[0012]如上所述的一种电动舵系统，其中在所述电动舵机的电机中采用TD32X型航空电刷。[0013]如上所述的一种电动舵系统，其中所述电动舵机减速器采用谐波齿轮减速器传3动的方式。本实用新型的有益效果是1.本实用新型采用了小体积、大功率、高可靠性的功率驱动器电路以及隔离放大电路，提高了多回路舵机放大器的电磁兼容性和工作可靠性；满足了无人机在低温工作条件以及寿命等方面的要求。2.通过采用中点调零电路后，提高了功率驱动器输出电压的对称性，提高了舵系统极限温度条件下输出转速的对称性，大大提高了舵系统的动态特性和工作可靠性。3.通过采用谐波齿轮减速器减小了电动舵机的体积；采用新型电刷的伺服电机， 满足了该型无人机的寿命要求和飞行高度10000米条件下的-55°c低温、低气压要求，结构简单、可靠性高、性价比高。
图1是本实用新型提供的一种电动舵系统的组成结构框图；图2是图1中功率驱动电路部分示意图；图3是中点调零电路原理图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型提供的一种电动舵系统进行介绍如图1所示，一种电动舵系统，包括舵机放大器和电动舵机两部分，舵机放大器接收综控机的舵控信号；舵机放大器由放大校正电路，隔离放大电路、功率驱动电路、输出隔离电路、反馈放大电路以及电源模块组成；电动舵机由电机、减速器、输出轴、电位器组成。其中，舵机放大器接收的舵控信号由放大校正电路放大校正后输入隔离放大电路；隔离放大后的信号通过功率驱动电路后，经由电动舵机的电机、减速器从而控制电动舵机输出轴的偏转角度；偏转角度信号通过电位器转换成电压信号，该电压信号输入到舵机放大器的反馈放大电路中，放大后的信号分别输入到放大校正电路和输出隔离电路，输出隔离电路再将反馈信号发给综控机和遥测。输出隔离电路实现舵机放大器反馈放大电路与综控机、遥测的隔离，可选用阻容结构或射级跟随器等方式实现，为本领域技术人员的公知常识。放大校正电路的结构为本领域技术人员的公知常识。如图2所示，隔离放大电路采用MSA203A器件或AD203器件。放大校正电路输出端与MSA203A或AD203的第三管脚“ in+”端相连，第一管脚和第二管脚短接，第五管脚接地， 第十、十一管脚接地，第八管脚接+15V电源，且第八管脚接电容后接地。隔离放大器是舵系统的舵机放大器中的重要器件，其主要作用是解决多路舵机回路同时工作时电磁干扰问题，用来将舵系统的功率驱动电路和放大校正电路进行隔离，使功率地线与信号地线彻底分开，降低舵机动作时功率线上产生的干扰对小功率模拟信号的影响，从而提高舵系统的电磁兼容性和工作可靠性。功率驱动电路采用SA03器件，放大校正电路输出信号Vi输入到MSA203A的输入端“in+”，经MSA203A隔离放大后，输入到功率驱动器SA03的“+PWM”端，第一、二管脚短接， 第五、六管脚接地，第九管脚接+28. 5V电源，第十管脚接+15V电源，第九管脚和第七、十二管脚之间分别接有电容后接地，输出端第八、十一管脚与电动舵机的电机相连。[0027]SA03是美国APEX公司生产的脉宽调制(PWM)型的集成功率放大器，能给负载提供 30A的连续电流；全桥功放可在较宽的电源电压范围内工作(16 100V)，具有双极性输出功能；具有模拟信号和数字信号两种输入功能；具有电流检测、过流保护、过热保护等保护电路，故障排除后能够自恢复。通过调节功率驱动器SA03输出PWM脉冲的宽度，从而改变加在伺服电机电枢上的电压大小，调节伺服电机的转向和转速，起到伺服控制作用。当舵机控制信号的大小和极性改变时，功率驱动电路输出信号的大小和极性随控制信号的大小和极性而变化，使舵机输出轴转角的大小和方向亦随舵机控制信号的大小和极性而改变，从而控制舵面偏转角度的大小和方向。[0028]在控制信号为零时，功率驱动器的输入端中点电压为5V，此时，控制器的输出电压具有很好的对称性。但是，由于半导体器件的特性会随温度的变化而产生变化，在低温条件下，功率驱动器输入端中点电压会产生偏移，从而造成控制器输出电压不对称，导致舵机的输出转速不对称，当控制器输出电压不对称严重时，甚至会使功率驱动器某方向输出饱和造成启动失效。通过在隔离放大电路增加中点电压调节电路。[0029]中点电压调节电路如图3所示，中点电压调节电路采用AD584器件，AD584是美国AD公司推出的一种8引脚精密电压基准源，通过对引脚编程可得到10. 000V、7. 500V、 5. 000V和2. 500V等4个通用输出电压。基准电压源AD584输出5V的电压信号到电阻R28*、 R10，经运算放大器0P07进行比例放大后，输出到隔离放大器MSA203A的输入端“in+”，经隔离放大后，输出到功率驱动器SA03的输入端，作为中点电压控制信号。在控制信号“Vi”为零时，保证功率驱动器SA03的输入端中点电压为5V左右。改变可调电阻R28*的电阻值， 即可改变SA03输入中点电压值，一般将此电压值设置在4. 9V左右。采用调零电路设计后， 提高了功率驱动器输出电压的对称性，提高了舵系统极限温度条件下输出转速的对称性， 大大提高了舵系统的动态特性和工作可靠性。其中AD584是美国AD公司推出的一种8引脚精密电压基准源。[0030]电源模块为放大校正电路、隔离放大电路、输出隔离电路、电位器提供工作电压。[0031]为提供电机的寿命，在电动舵机的电机中采用了 TD32X型航空电刷。[0032]无人机的着陆过程中，副翼的翼尖有可能触地，在此种条件下，会产生极大的冲击过载。电动舵机减速器采用谐波齿轮减速器传动的方式，可使电动舵机具有结构紧凑、多齿啮合、实现零侧隙传动、体积小、重量轻的特点，具有较强的抗冲击能力。[0033]当电动舵系统需要多路舵机回路进行控制时，使每路舵机回路都包括如图1中舵机放大器和电动舵机两部分即可。采用多路舵机回路方式，可减小电动舵体积、减轻重量， 有利于无人机小型化。
权利要求1.一种电动舵系统，包括舵机放大器和电动舵机两部分，舵机放大器接收综控机的舵控信号；舵机放大器由放大校正电路，隔离放大电路、功率驱动电路、输出隔离电路、反馈放大电路以及电源模块组成；电动舵机由电机、减速器、输出轴、电位器组成；其中，舵机放大器接收的舵控信号由放大校正电路放大校正后输入隔离放大电路；隔离放大后的信号通过功率驱动电路后，经由电动舵机的电机、减速器从而控制电动舵机输出轴的偏转角度；偏转角度信号通过电位器转换成电压信号，该电压信号输入到舵机放大器的反馈放大电路中，放大后的信号分别输入到放大校正电路和输出隔离电路，输出隔离电路再将反馈信号发给综控机和遥测。
2.根据权利要求1所述的一种电动舵系统，其特征在于所述隔离放大电路采用 MSA203A器件或AD203器件，放大校正电路输出端与MSA203A或AD203的第三管脚“ in+”端相连。
3.根据权利要求2所述的一种电动舵系统，其特征在于所述功率驱动电路采用SA03 器件，隔离放大电路MSA203A或AD203的第九管脚“Out”端与功率驱动器SA03的第三管脚 “+PWM”端相连。
4.根据权利要求2或3所述的一种电动舵系统，其特征在于所述隔离放大电路中包括中点电压调节电路，所述中点电压调节电路采用基准电压源AD584器件，AD584的输出端与电阻R28*、RlO串联，RlO与运算放大器0P07反向输入端相连，运算放大器0P07的输出端与隔离放大器MSA203A或AD203的输入端“in+”相连，电阻R28*为可调电阻。
5.根据权利要求1所述的一种电动舵系统，其特征在于所述电源模块为放大校正电路、隔离放大电路、输出隔离电路、电位器提供工作电压。
6.根据权利要求1所述的一种电动舵系统，其特征在于在所述电动舵机的电机中采用TD32X型航空电刷。
7.根据权利要求1所述的一种电动舵系统，其特征在于所述电动舵机减速器采用谐波齿轮减速器传动的方式。
专利摘要本实用新型属于舵机领域，具体涉及一种电动舵系统。该电动舵系统包括舵机放大器和电动舵机两部分，舵机放大器接收综控机的舵控信号；舵机放大器由放大校正电路，隔离放大电路、功率驱动电路、输出隔离电路、反馈放大电路以及电源模块组成；电动舵机由电机、减速器、输出轴、电位器组成。通过采用了小体积、大功率、高可靠性的功率驱动器电路以及隔离放大电路，提高了多回路舵机放大器的电磁兼容性和工作可靠性；满足了无人机在低温工作条件以及寿命等方面的要求。并且通过在隔离放大电路中采用中点调零电路，提高了功率驱动器输出电压的对称性、舵系统极限温度条件下输出转速的对称性、以及舵系统的动态特性和工作可靠性。
文档编号B64C13/50GK202272170SQ201120228509
公开日2012年6月13日 申请日期2011年6月30日 优先权日2011年6月30日
发明者卢红波, 张志强, 张秀林, 海克飞, 王效辉, 王昆, 肖中卓, 谢劲松, 高琳清 申请人:北京自动化控制设备研究所