一种直升机尾部减速器加载用液压伺服电子装置

摘要

本发明公开了一种直升机尾部减速器加载用液压伺服电子装置，包括电源单元、中央处理单元、通讯单元、数字量输入单元、数字量输出单元、桥式传感器电路采集单元和伺服阀驱动输出单元；所述电源单元用于为其它各单元提供电源；所述电源单元、通讯单元、数字量输入单元、数字量输出单元、桥式传感器电路采集单元和伺服阀驱动输出单元均与所述中央处理单元相连；所述伺服阀驱动输出单元包括依次连接的数模转换电路和运算放大电路。本发明具有可靠性高、控制精度高等优点。

说明书

技术领域

本发明主要涉及直升机技术领域，具体涉及一种直升机尾部减速器加载用液压伺服电子装置。

背景技术

直升机尾部减速器在进行台架试验时，液压伺服控制电子装置需要对操纵杆施加推拉力、对操纵轴施加轴向力和径向力。其中要求力的控制精度高于±2％F.S，系统响应小于50毫秒。另外需要能接收载荷谱和上传实时采集到的力值，需要和其他系统控制装置进行可靠通讯。

尾减速器操纵杆、操纵轴推拉力加载通常采用模拟式液压伺服控制方式实现，主要存在以下问题：1、模拟电路控制精度依赖电路中元件的精度，而元件精度容易受到环境、工作时间影响，导致整个控制精度降低，且模拟电路对精度下降后的自动补偿难度较大、成本也高；2、加载值波动较大，尤其是小力值波动经常会超出试验大纲要求值；电子元件因老化会导致参数变化，且该变化难于实现自动修正，其中参数变化是导致控制精度下降的原因。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的问题，本发明提供一种可靠性高、控制精度高的直升机尾部减速器加载用液压伺服电子装置。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种直升机尾部减速器加载用液压伺服电子装置，包括电源单元、中央处理单元、通讯单元、数字量输入单元、数字量输出单元、桥式传感器电路采集单元和伺服阀驱动输出单元；所述电源单元用于为其它各单元提供电源；所述电源单元、通讯单元、数字量输入单元、数字量输出单元、桥式传感器电路采集单元和伺服阀驱动输出单元均与所述中央处理单元相连；所述伺服阀驱动输出单元包括依次连接的数模转换电路和运算放大电路。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述电源单元的输入端设有防反接电路和防浪涌电路，所述防反接电路包括桥式整流电路D1；所述防浪涌电路包括快速恢复二极管D2，D2的阴极与电源相连，D2的阳极接地。

所述电源单元包括处理器芯片电源，用于为所述中央处理单元供电；所述处理器芯片电源包括电源转换芯片U2，用于将+5V电源转换为3.3V；所述电源转换芯片U2的输出端分别用磁珠L2、L3进行分支，形成模拟供电电源和数字供电电源。

模拟供电电源与模拟地之间分别接入瓷片电容C4和极性电容CP7，瓷片电容C4与极性电容CP7并联；数字供电电源与数字地之间分别接入瓷片电容C5和极性电容CP6，瓷片电容C5与极性电容CP6并联；其中数字地GND与模拟地AGND相互隔离。

所述电源单元包括+5V泵升±12V双电源，用于为液压伺服电磁阀驱动单元提供电源，所述+5V泵升±12V双电源包括电源转换芯片U14和电源转换芯片U15，用于分别将+5V转化为12V电源；所述电源转换芯片U14和电源转换芯片U14的输入端和输出端均分别通过瓷片电容和极性电容接地以进行滤波。

所述桥式传感器电路采集单元与中央处理单元之间通过SPI总线连接。

所述桥式传感器电路采集单元包括多路桥式电阻力值传感器信号接入电路。

所述通讯单元包括串口通讯电路和CAN通讯电路。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的电源采用防反接桥式整流电路，24V输出端采用了防浪涌的快速恢复二极管，可以有效抑制浪涌电压对整个控制电路的影响；包括两路独立的5V转3.3V，一路为外围需要3.3V芯片供电，1路独立为中央处理单元供电，保证中央处理单元和其他芯片供电互不影响，提高冗余；其中为中央处理单元供电的3.3V再经过两路磁珠分为两路，每路设计独立的地，两路独立地再分别用0欧姆电阻和电源地连接。

本发明实现了至少4路24位桥式传感器信号采集电路，采用I2C总线数据读取和配置参数写入。本发明实现实现了至少4路伺服阀驱动电路，采用16位DA芯片通讯，再通过轨到轨放大电路输出，满足液压伺服阀-DC12V～+12VDC直流信号的驱动输出；该电路特点是还可以通过选择开关配置选择0～+12VDC输出。

本发明可以通过选择开关，板载24V转5V电路，5V转±DC12V给桥式传感器信号采集电路和伺服阀驱动电路供电，也可以通过选择开关选择外部线性5V电源供电。本发明包括I2C总线、SPI线、UART串口总线和CAN总线；其中I2C总线、SPI总线用于芯片间的通讯；UART串口总线、CAN总线用于外部通讯。

附图说明

图1为本发明中的防反接电路与抗浪涌电路原理图。

图2为本发明中的中央处理单元的电路原理图。

图3为本发明中的+5V泵升±12V双电源的电路原理图。

图4为本发明中的桥式传感器电路采集单元的电路原理图。

图5为本发明中的伺服阀驱动输出单元的电路原理图。

图6为本发明中的中央处理单元与伺服阀驱动输出单元之间的连接电路原理图。

图7为本发明中的中央处理单元与桥式力值传感器采集单元之间的连接电路原理图。

图8为本发明中的串口通讯电路的电路原理图。

图9为本发明中的CAN通讯电路的电路原理图。

图10为本发明的装置在实施例的方框结构图。

图例说明：1、中央处理单元；2、电源单元；3、通讯单元；4、数字量输入单元；5、数字量输出单元；6、桥式传感器电路采集单元；7、伺服阀驱动输出单元。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。

如图10所示，本实施例的直升机尾部减速器加载用液压伺服电子装置，包括电源单元2、中央处理单元1、通讯单元3、数字量输入单元4、数字量输出单元5、桥式传感器电路采集单元6和模拟量伺服阀驱动输出单元7；电源单元2、通讯单元3、数字量输入单元4、数字量输出单元5、桥式传感器电路采集单元6和模拟量伺服阀驱动输出单元7均与中央处理单元1相连；其中电源单元2用于给液压伺服电子装置的其他各单元供电，包括中央处理单元1用DC3.3V，通讯单元3用DC5V，数字量输入/输出单元用DC5V和DC24V，桥式传感器电路采集单元6用5V，模拟量伺服阀驱动输出单元7用±DC12V。中央处理单元1包括处理器及其附属电路，用于液压伺服控制计算，接收载荷数据，实现通讯协议等。通讯单元3包括232串口通讯电路、CAN通讯电路等，用于直升机尾部减速器加载载荷下载和控制力传输；桥式传感器电路采集单元6包括四路直升机尾部减速器加载力传感器采集通道，并采用SPI总线通讯方式将采集数据高速写入中央处理单元1；伺服阀驱动输出单元7包括依次连接的数模转换电路和运算放大电路，最后输出四路±DC10V、20mA模拟量，用于驱动液压伺服阀。

在一具体实施例中，如图1所示，电源单元2的输入端设有防反接电路和防浪涌电路，防反接电路包括桥式整流电路D1,电源VCC_24+和VCC_24-接入桥式电路D1的2和4脚，D1的1和3脚作为输出的VCC_24V和0V，通过桥式电路D1实现防反接；防浪涌电路包括与VCC_24V反向连接一个快速恢复二极管D2，即D2的阴极与VCC_24V相连，D2的阳极接地，通过快速恢复二极管D2来抑制电源的瞬时干扰脉冲。

在一具体实施例中，如图2所示，电源单元2包括处理器芯片电源和+5V泵升±12V双电源，其中处理器芯片电源包括电源转换芯片U2，用于将+5V电源转换为3.3V。为提高处理器模拟量输入抗干扰性，将处理器的模拟输入部分和数字输入输出部分供电分别独立。具体将3.3V电源分别用L2、L3磁珠进行分支，形成模拟供电VCC_3.33VA和VCC_3.33VD。VCC_3.33VA电源与模拟地之间接入容量为0.1uF的瓷片电容C4和接入容量为10uF、耐压10V的极性电容CP7；VCC_3.33VD电源与数字地之间接入容量为0.1uF的瓷片电容C5和接入容量为10uF、耐压10V的极性电容CP6；其中数字地GND与模拟地AGND隔离。

在一具体实施例中，如图3所示，+5V泵升±12V双电源用于为液压伺服电磁阀驱动单元供电。+5V电源通过容量为100uF、耐压50V极性电容CP100和容量为100nF瓷片电容C200后，接入电源转换芯片U14(79L12CPK)的第2脚；U14芯片的3脚输出-12V，输出端接入通过容量为100uF、耐压50V极性电容CP102和容量为100nF瓷片电容C202作为滤波。+5V电源通过容量为100uF耐压、50V极性电容CP101和容量为100nF瓷片电容C201后，接入电源转换芯片U14(78L12ACF)的第2脚，U14芯片的3脚输出12V，输出端接入通过容量为100uF、耐压50V极性电容和容量为100nF瓷片电容C203作为滤波。

在一具体实施例中，如图4所示，桥式传感器电路采集单元6包括芯片U40，通过SPI总线与处理器连接，芯片U40(CS5532-BS)的9脚和10脚接入晶振，其11、12、13、14脚接入处理器的SPI总线接口，其19、20脚之间连接0.1uF电容C84作为第一路桥式电阻力值传感器信号接入电路，其1、2脚之间连接0.1uF电容C85作为第二路桥式电阻力值传感器信号接入电路，其5、6脚之间连接0.1uF电容C88作为桥式电阻力值传感器激励电源接入电路；其15脚作为芯片供电引脚；供电引脚并联接入容值为10uF的滤波电容C92和容值为0.1uF的滤波电容C93，用于净化5V供电电源。

在一具体实施例中，如图5所示，其中数模转换电路包括芯片U47，芯片U47(DAC8653)将处理器计算好的数据转换为模拟信号，通过其1脚和2脚分别输出两路模拟信号，信号A通过电阻R320、信号B通过电阻R314送入运算放大电路，运算放大电路包括运放芯片U48(OPA1602)，U48的1脚和7脚输出伺服阀驱动信号A和驱动信号B。U48的8脚为+12V供电，且电源和8脚间通过L10容量为1uH电感连接；4脚为-12V供电，且电源与4脚间通过容量为1uH电感L10连接。通过输出数字信号再经转换后进行伺服阀的控制补偿，能克服模拟式的缺陷并满足尾减速器操纵杆、操纵轴推拉力加载精度、可靠性要求，且便于实现与其他控制装置数据交互的通讯功能。

在一具体实施例中，如图6所示，为处理器与伺服阀驱动输出单元7之间的连接电路，包括处理器U11(STM32F407)，U11的115,116,117,118,141,167脚与DAC8563相连，实现数据交互。

在一具体实施例中，如图7所示，为处理器与桥式传感器电路采集单元6之间的连接电路，包括处理器U11(STM32F407)，U11的50,51,52,53,55脚与CS5532-BS相连，实现数据交互。

在一具体实施例中，通讯单元3包括串口通讯电路和CAN通讯电路。如图8所示，串口通讯电路包括芯片U29，芯片U29(MAX3232CSE)的9，10脚分别通过阻值为120欧姆的电阻R226、R227与处理器连接，实现第一路串口通讯；芯片U29的11，12脚分别通过阻值为120欧姆的电阻R324、R325与处理器连接，实现第二路串口通讯。如图9所示，CAN通讯电路包括电平转换芯片U32(ADUM1201)，U32的2，3脚分别与处理器相连，实现3.3V电平转换为5V；U32的6、7脚和CAN收发芯片U35(PCA82C250)的1，4脚连接。

本发明的输入电源采用防反接桥式整流电路，24V输出端采用了防浪涌的快速恢复二极管，可以有效抑制浪涌电压对整个控制电路的影响；包括两路独立的5V转3.3V，一路为外围需要3.3V芯片供电，1路独立为中央处理单元1供电，保证中央处理单元1和其他芯片供电互不影响，提高冗余；其中为中央处理单元1供电的3.3V再经过两路磁珠分为两路，每路设计独立的地，两路独立地再分别用0欧姆电阻和电源地连接。

本发明实现了至少4路24位桥式传感器信号采集电路，采用I2C总线数据读取和配置参数写入。本发明实现实现了至少4路伺服阀驱动电路，采用16位DA芯片通讯，再通过轨到轨放大电路输出，满足液压伺服阀-DC12V～+12VDC直流信号的驱动输出；该电路特点是还可以通过选择开关配置选择0～+12VDC输出。本发明可以通过选择开关，板载24V转5V电路，5V转±DC12V给桥式传感器信号采集电路和伺服阀驱动电路供电，也可以通过选择开关选择外部线性5V电源供电。本发明包括I2C总线、SPI线、UART串口总线和CAN总线；其中I2C总线、SPI总线用于芯片间的通讯；UART串口总线、CAN总线用于外部通讯。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。