一种无人机尾翼的控制方法

1.本发明涉及一种无人机尾翼的控制方法，特别涉及一种无人机尾翼相对于无人机主体相对位置的实时控制方法。


背景技术：

2.无人机的尾翼主要起到平衡作用，无人机依靠机翼产生升力飞行，但是无人机升力的重心往往与飞机的重力中心是不重合的，因此，机翼的升力会对重心产生一个力矩，进而使飞机上仰或者下俯，为了平衡这个力矩，据需要水平尾翼来产生一个相反的力矩，对飞机进行平衡。无人机的尾翼另外一个重要作用是操纵飞机偏转，利用空气动力学原理，水平尾翼可以用于控制无人机的俯仰飞行，垂直尾翼用于控制无人机的左右偏转飞行。
3.现有的无人机尾翼的控制方法，使无人机尾翼相对于无人机主体的位置一般是固定的，是不能调节控制的。无人机飞行速度、气压、空气温度和风速等外部飞行环境的变化，以及飞行姿态的调整，气机翼升力的力矩也在实时变化，尾翼相对于无人机主体的位置不能调整，会导致尾翼提供的力矩不能够最好对飞机进行平衡，并且导致飞机操控性能下降，安全性不能够保证，并且飞行阻力没有控制在最小，耗能增加，影响无人机的续航里程。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题就是克服上述现有技术的不足，而提供一种可以进行水平和竖直方向微调的尾翼以及控制尾翼运动的控制方法，以实时调整尾翼相对于无人机主体的相对位置，保证无人机适应新的飞行环境和飞行姿态，并保证低能耗、长续航和飞行平稳安全。
5.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种无人机尾翼的控制方法，所述尾翼具有水平尾翼、垂直尾翼以及滑动杆，所述滑动杆的一部分设置在无人机主体内，所述无人机主体内的滑动杆的其中一段滑动套设有滑筒，所述无人机主体内设置有水平油缸和竖直油缸，所述水平油缸的活塞杆一端与滑动杆端部铰接，用于驱动滑动杆的轴向方向的伸缩运动；所述竖直油缸与滑筒中部铰接，用于驱动滑动杆的竖直方向的摆动；所述水平油缸和竖直油缸均由控制系统控制；
6.所述无人机尾翼的控制方法包括：
7.s1、利用中央处理器实时获取无人机的飞行状态监测模块所检测的无人机飞行速度、气压、空气温度、风速和尾翼相对于无人机主体的相对位置坐标数据，通过输入上述数据进行运算，获得无人机为适应新的飞行环境时，尾翼相对于无人机主体期望的最佳位置坐标以及伺服泵所需要输出的最佳流量和压力，从而发出控制信号到变频控制器，控制信号经过变频信号放大器传输到变频器，变频器实时控制输入到伺服电机中的瞬时电流，伺服电机驱动伺服泵输出油液依次经过高压过滤器和单向阀；此时在中央处理通过第二控制器和第二信号放大器使第二两位三通电磁换向阀处于右位的连通状态，同时中央和处理通过第一控制器和第一信号放大器使第一两位三通电磁换向阀处于右位的截止状态，油液经
过第二两位三通电磁换向阀输入到第二伺服阀的进油口p2，进而油液进入到水平油缸的无杆腔，驱动水平油缸的活塞带动尾翼在轴向方向上伸缩到预设位置。
8.s2、在尾翼水平动作完成后，中央处理通过第二控制器和第二信号放大器使第二两位三通电磁换向阀处于左位的截止状态；同时，中央处理通过第一控制器和第一信号放大器使第一两位三通电磁换向阀处于左位的连通状态，油液经过第一两位三通电磁换向阀输入到第一伺服阀的进油口p1，进而油液进入到竖直油缸的无杆腔，驱动竖直油缸的活塞带动滑筒进而带动尾翼在竖直方向上摆动，以使尾翼达到竖直方向的期望位置。
9.作为优选，所述控制系统是一种伺服液压系统，所述伺服液压系统具有伺服泵，所述伺服泵的进油口通过截止阀连通油箱，所述伺服泵顺次连接伺服电机、变频器、变频信号放大器和变频控制器；所述伺服泵的出油口的其中一路依次通过第一先导式溢流阀和油液散热器连通到油箱，所述伺服泵的出油口另一路通过高压过滤器连接单向阀，所述单向阀的出油口分别连接第一两位三通电磁换向阀、第二两位三通电磁换向阀和蓄能器。
10.所述第一两位三通电磁换向阀的出油口连接到第一伺服阀的进油口p1，所述第一伺服阀两个出油口a1和b1分别连接到竖直油缸的有杆腔和无杆腔；所述第二两位三通电磁换向阀的出油口连接到第二伺服阀的进油口p2，所述第二伺服阀两个出油口a2和b2分别连接到水平油缸的有杆腔和无杆腔；所述的第一伺服阀和第二伺服阀的回油口均通过电磁可调溢流阀组件连通到油箱。
11.所述竖直油缸的活塞杆上分别设置有第一位移传感器和第一力传感器，所述第一位移传感器和第一力传感器分别连接到第一控制器；所述水平油缸的活塞杆上分别设置有第二位移传感器和第二力传感器，所述第二位移传感器和第二力传感器分别连接到第二控制器；所述第一两位三通电磁换向阀和第一伺服阀分别连接到第一信号放大器，所述第一信号放大器连接到第一控制器；所述第二两位三通电磁换向阀和第二伺服阀分别连接到第二信号放大器，所述第二信号放大器连接到第二控制器。
12.所述变频控制器、第一控制器和第二控制器通过控制总线连接中央处理器；所述中央处理器向变频控制器、第一控制器和第二控制器发送控制指令。
13.还具有飞行状态监测模块，所述飞行状态监测模块检测无人机飞行速度、气压、空气温度、风速和尾翼相对于无人机主体的相对位置坐标数据，并将这些数据传输给所述中央处理器。
14.作为优选，所述第一伺服阀和第二伺服阀均为先导式的三位四通电磁换向阀。
15.作为优选，所述蓄能器为弹簧柱塞式液压蓄能器。
16.作为优选，所述变频器为电流型变频器，储能元件为电抗器。
17.作为优选，所述电磁可调溢流阀组件由第二先导式溢流阀和两位二通电磁换向阀组成。
18.本发明的技术方案，相对于现有技术获得了如下技术效果：
19.1、可以通过水平的轴向伸缩和竖直方向的摆动将无人机尾翼相对于无人机主体的位置进行实时精确微调，保证无人机实时适应新的飞行环境和飞行姿态，对无人机进行最好的平衡，提升无人机的操控性能，保证安全性，并且无人机阻力小，能耗少以及保证了续航里程。
20.2、中央处理器根据飞行状态监测模块所检测的无人机飞行速度、气压、空气温度、
风速和尾翼相对于无人机主体的相对位置坐标参数，进行综合运算得到新的飞行环境下尾翼相对于无人机主体的相对位置，这些参数较好地考虑了影响无人机飞行稳定性和操控性的空气动力学因素，尾翼的调整使无人机可以适应多种不同飞行环境的飞行。
21.3、该无人机尾翼的液压控制系统利用电流型变频器，实时控制输入到伺服电机的电流，从而精确快速控制伺服泵的输出，保证了水平油缸和竖直油缸的精确运动，保证了无人机尾翼的精确微调。
22.4、该无人机尾翼的液压控制系统利用第一伺服阀、第一信号放大器、第一控制器、第一位移传感器和第一力传感器形成对水平油缸运动的闭环控制；利用第二伺服阀、第二信号放大器、第二控制器、第二位移传感器和第二力传感器形成对竖直油缸运动的闭环控制；利用位移传感器和力传感器的反馈，实时调整水平油缸和竖直油缸的运动，保证水平油缸和竖直油缸运动的精确性。
23.5、该无人机尾翼的液压控制系统通过中央处理器指令，经第一、第二控制器，第一、第二信号放大器顺序控制第一、第二两位三通电磁换向阀，使水平油缸动作完成后，再进行竖直油缸的动作，两者互不干扰，保证油缸运行稳定可靠。
24.6、该无人机尾翼的液压控制系统利用电磁可调溢流阀组件，调节设定电磁可调溢流阀的溢流压力，通过溢流保压作用，使调整后的尾翼，能够稳定地保持在期望的位置。
附图说明
25.下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，其中：
26.图1为本发明无人机及其尾翼的结构示意图；
27.图2为本发明无人尾翼运动控制系统图；
具体实施方式
28.下面将结合本发明中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整的描述，显然所描述的实施例仅为本发明示意性的部分具体实施方式，并非用以限定本发明的范围，任何本领域的技术人员在不脱离本发明构思和原则的前提下所做出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。
29.本发明提供了一种无人机尾翼的控制方法，如图1所示，尾翼3具有水平尾翼3
‑
1、垂直尾翼3
‑
2以及滑动杆，滑动杆的一部分设置在无人机主体1内，无人机主体1内的滑动杆的其中一段滑动套设有滑筒2，无人机主体1内设置有水平油缸和竖直油缸，水平油缸的活塞杆一端与滑动杆端部铰接，用于驱动滑动杆的轴向方向的伸缩运动；竖直油缸与滑筒中部铰接，用于驱动滑动杆的竖直方向的摆动；水平油缸和竖直油缸均由控制系统控制。
30.无人机尾翼的控制方法包括以下步骤：
31.首先，利用中央处理器实时获取无人机的飞行状态监测模块所检测的无人机飞行速度、气压、空气温度、风速和尾翼3相对于无人机主体1的相对位置坐标数据，通过输入数据进行运算，获得无人机为适应新的飞行环境时，尾翼相对于无人机主体1期望的最佳位置坐标以及伺服泵6所需要输出的最佳流量和压力，从而发出控制信号到变频控制器13.3，控制信号经过变频信号放大器传输到变频器4，变频器4实时控制输入到伺服电机5中的瞬时电流，伺服电机5驱动伺服泵6输出油液依次经过高压过滤器7和单向阀8；此时中央处理通
过第二控制器13.2和第二信号放大器12.2使第二两位三通电磁换向阀10.2处于右位的连通状态，同时中央处理通过第一控制器13.1和第一信号放大器12.1使第一两位三通电磁换向阀10.1处于右位的截止状态，油液经过第二两位三通电磁换向阀10.2输入到第二伺服阀11.2的进油口p2，进而油液进入到水平油缸的无杆腔，驱动水平油缸的活塞带动尾翼伸缩到轴向方向上的期望位置。
32.在尾翼3水平动作完成后，中央处理通过第二控制器13.2和第二信号放大器12.2使第二两位三通电磁换向阀10.2处于左位的截至状态；同时，中央处理通过第一控制器13.1和第一信号放大器12.1使第一两位三通电磁换向阀10.1处于左位的连通状态，油液经过第一两位三通电磁换向阀10.1输入到第一伺服阀11.1的进油口p1，进而油液进入到竖直油缸的无杆腔，驱动竖直油缸的活塞带动滑筒进而带动尾翼在竖直方向上摆动，以使尾翼达到竖直方向的期望位置，通过水平的轴向伸缩和竖直方向的摆动将无人机尾翼相对于无人机主体1的位置进行实时精确微调，保证无人机实时适应新的飞行环境和飞行姿态，对无人机进行最好的平衡，提升无人机的操控性能，保证安全性，并且无人机阻力小，能耗少以及保证了续航里程。
33.如图2所示，控制系统是一种伺服液压系统，伺服液压系统具有伺服泵6，伺服泵6的进油口通过截止阀连通油箱，伺服泵6顺次连接伺服电机5、变频器4、变频信号放大器12.3和变频控制器13.3；伺服泵6的出油口的其中一路依次通过第一先导式溢流阀16和油液散热器18连通到油箱，伺服泵6的出油口的另一路连接高压过滤器连接单向阀8，单向阀8的出油口分别连接第一两位三通电磁换向阀10.1、第二两位三通电磁换向阀10.2和蓄能器9。
34.蓄能器9可以在管路中压力过高时吸收缓冲过剩的液压力，并在管路中压力过低时释放补充液压力，保证管路中的流体压力和流量的稳定。
35.第一两位三通电磁换向阀10.1的出油口连接到第一伺服阀11.1的进油口p1，第一伺服阀11.1的两个出油口a1和b1分别连接到竖直油缸的有杆腔和无杆腔；第二两位三通电磁换向阀10.2的出油口连接到第二伺服阀11.2的进油口p2，第二伺服阀11.2的两个出油口a2和b2分别连接到水平油缸的有杆腔和无杆腔；的第一伺服阀11.1和第二伺服阀11.2的回油口t1和t2均通过电磁可调溢流阀组件17连通到油箱。
36.竖直油缸的活塞杆上分别设置有第一位移传感器14.1和第一力传感器15.1，第一位移传感器14.1和第一力传感器15.1分别连接到第一控制器13.1；水平油缸的活塞杆上分别设置有第二位移传感器14.2和第二力传感器15.2，第二位移传感器14.2和第二力传感器15.2分别连接到第二控制器13.2；第一两位三通电磁换向阀10.1和第一伺服阀11.1分别连接到第一信号放大器12.1，第一信号放大器12.1连接到第一控制器13.1；第二两位三通电磁换向阀10.2和第二伺服阀11.2分别连接到第二信号放大器12.2，第二信号放大器12.2连接到第二控制器13.2。
37.第一伺服阀11.1、第一信号放大器12.1、第一控制器13.1、第一位移传感器14.1和第一力传感器15.1形成对水平油缸运动的闭环控制；利用第二伺服阀11.2、第二信号放大器12.2、第二控制器13.2、第二位移传感器14.2和第二力传感器15.2形成对竖直油缸运动的闭环控制；利用位移传感器和力传感器的反馈，实时调整水平油缸和竖直油缸的运动，保证水平油缸和竖直油缸运动的精确性。
38.变频控制器13.3、第一控制器13.1和第二控制器13.2通过控制总线连接中央处理器；中央处理器向变频控制器13.3、第一控制器13.1和第二控制器13.2发送控制指令，该无人机尾翼的液压控制系统通过中央处理器指令，经第一、第二控制器，第一、第二信号放大器顺序控制第一、第二两位三通电磁换向阀，使水平油缸动作完成后，再进行竖直油缸的动作，两者互不干扰，保证油缸运行稳定可靠。
39.还具有飞行状态监测模块，飞行状态监测模块检测无人机飞行速度、气压、空气温度、风速和尾翼相对于无人机主体的相对位置坐标数据，并将这些数据传输给中央处理器，中央处理器根据飞行状态监测模块所检测的无人机飞行速度、气压、空气温度、风速和尾翼3相对于无人机主体1的相对位置坐标参数，进行综合运算得到新的飞行环境下尾翼3相对于无人机主体1的相对位置，这些参数较好地考虑了影响无人机飞行稳定性和操控性的空气动力学因素，尾翼3的调整使无人机可以适应多种不同飞行环境的飞行。
40.第一伺服阀11.1和第二伺服阀11.2均为先导式的三位四通电磁换向阀。
41.蓄能器9为弹簧柱塞式液压蓄能器，相比于传统的气动隔膜式蓄能器，不会因为无人机飞行高度变化产生的气压变化影响蓄能器的性能。
42.变频器为电流型变频器，储能元件为电抗器，该无人机尾翼的液压控制系统利用电流型变频器，实时控制输入到伺服电机的电流，从而精确快速控制伺服泵的输出，保证了水平油缸和竖直油缸的精确运动，保证了无人机尾翼的精确微调。
43.电磁可调溢流阀组件17由第二先导式溢流阀17.1和两位二通电磁换向阀17.2组成，当两位二通电磁换向阀17.2在左位时，第二先导式溢流阀17.1具有最大的溢流压力，当两位二通电磁换向阀17.2在右位时，第二先导式溢流阀17.1具有最小的溢流压力，从而调整水平油缸和竖直油缸回油路的压力范围，该无人机尾翼的液压控制系统利用电磁可调溢流阀组件，调节设定电磁可调溢流阀的溢流压力，通过溢流保压作用，使调整后的尾翼，能够稳定地保持在期望的位置。
44.对所公开实施例的上述说明，使本领域技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多处修改对本领域技术人员来说是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离发明的精神或范围的前提下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不限制于本文所显示的这些实施例，而是要符合与本文公开原理和新颖特点相一致的最宽范围。