直升机旋翼转速控制器设计

摘要

本课题来源于某型直升机改进型号的旋翼转速性能需要，通过该设备完成不同的飞行状态下直升机旋翼转速的自动调节，使直升机具有最佳的操纵控制性能。系统方案设计以原有的模拟式旋翼转速控制器为基础，采用成熟可靠的设计思路和实现方法，以高性能C8051F005单片机和集成PWM功率驱动芯片为核心，在保留原有系统的外部接口特性的同时达到了良好的转速调控性能，可对原有的模拟式旋翼转速控制器进行直接替代。 本文对新型旋翼转速控制器的设计思想和实现方案进行了详细的介绍。在第一章和第二章中首先对直升机旋翼系统的基本特点和原模拟式旋翼转速控制器的工作原理进行了简单介绍，按照提出的设计要求提出了主要的设计思路和关键的问题。在第三章和第四章中详细介绍了系统方案的具体硬件实现和软件程序，并对系统的工作原理和流程进行了阐述。系统控制方案采用了经过改进的PID控制规律，其实现方式、对系统的适应情况以及基本控制参数的整定在第四章中得到了重点说明。为便于系统研制阶段的性能调试和监控，开发了可视化的调试界面，作为系统与外部监控计算机的接口。系统方案最后在直升机上的闭环系统下进行了实际的飞行测试，通过辅助的性能监控和调试界面，确定了系统控制参数的最佳值。通过分析控制数据信息和试飞人员记录，数字式旋翼转速控制器的最终性能完全达到或超过了设计目标。 数字式旋翼转速控制器的设计研制工作已经完成，实际整机已经通过了各项可靠性实验和试飞考核。相对于原有的模拟式旋翼转速控制器，新产品在工作可靠性、使用寿命、可维修性以及功能扩展性等方面大大提高，而生产成本、故障率、结构重量等显著降低。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1课题来源与背景

1.2旋翼转速控制器的应用情况

1.3模拟式旋翼转速控制器介绍

1.3.1模拟式旋翼转速控制器的工作原理

1.3.2模拟式旋翼转速控制器的不足

1.4课题研究内容

第2章 设计目标与技术方案

2.1数字式旋翼转速控制器的设计目标

2.2数字式旋翼转速控制器的设计方案

2.2.1设计方案的选择

2.2.2关键技术问题

第3章 控制器的硬件设计与实现

3.1硬件部分工作原理

3.2核心芯片介绍

3.2.1 C8051F005单片机

3.2.2功率驱动芯片LMD18200

3.3硬件电路的设计

3.3.1电源部分

3.3.2基准转速检测

3.3.3转速信号调理电路

3.3.4单片机及外围电路

3.3.5功率驱动电路

3.3.6执行机构位置指示与极限警告电路

3.3.7故障警告

3.3.8串口通讯接口

第4章 控制规律设计与软件实现

4.1控制规律设计

4.1.1控制规律的选择

4.1.2 PID控制规律介绍

4.1.3控制器PID实现

4.1.4 PID控制参数确定

4.2单片机软件实现

4.2.1系统初始化子程序

4.2.2基准转速检测子程序

4.2.3转速检测计算子程序

4.2.3控制规律程序

4.2.4 PWM输出子程序

4.2.5串口通讯

4.3监控界面的设计

4.4本章小节

第5章 转速调节性能验证

5.1参数整定方法

5.2控制参数调整过程

5.3最终旋翼转速控制性能

第6章 设计总结

在学期间发表的论文

致 谢

参考文献

西北工业大学业学位论文知识产权声明书及西北工业大学学位论文原创性声明