某型直升機(jī)旋翼轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)

作者：煙臺(tái)海軍航空工程學(xué)院自動(dòng)控制系（264001）盧建華 劉愛元 來源：《電子技術(shù)應(yīng)用》 某型直升機(jī)旋翼轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì) 摘要：在對(duì)原設(shè)計(jì)方案進(jìn)行大量反設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，以電機(jī)控制電路集成化、先進(jìn)的pwm控制技術(shù)為設(shè)計(jì)思想，綜合運(yùn)用傳感器技術(shù)、電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)，擬定了旋翼轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的總體設(shè)計(jì)方案并完成了具體電路的設(shè)計(jì)。調(diào)試結(jié)果表明，電路設(shè)計(jì)正確，各項(xiàng)性能指標(biāo)達(dá)到并部分超過國(guó)外進(jìn)口產(chǎn)生所提供的要求。 關(guān)鍵詞：旋翼轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 雙pwm控制 電路設(shè)計(jì) 該型直升機(jī)自70年代中期引進(jìn)以來，為我國(guó)的科研和軍事訓(xùn)練作出了重要貢獻(xiàn)。但由于機(jī)載電子設(shè)備嚴(yán)重老華，特別是旋翼轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，自90年代以來，因故障率大高，嚴(yán)重影響了飛機(jī)的完好率和出勤率。因此迫切需要對(duì)其進(jìn)行國(guó)產(chǎn)化研制。 1 旋翼轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)簡(jiǎn)介 直升機(jī)在飛行過程中，無論處于什么飛行狀態(tài)，與飛機(jī)本身最好的特性和參數(shù)相對(duì)應(yīng)的最佳旋翼轉(zhuǎn)速是一定的。對(duì)于該型直升機(jī)，當(dāng)空速小于150km/h時(shí)，旋翼轉(zhuǎn)速的最佳值為207轉(zhuǎn)/分；而當(dāng)空速大于150km/h時(shí)為212轉(zhuǎn)/分。若僅靠飛行員手工操作，使旋翼轉(zhuǎn)速穩(wěn)定不變是相當(dāng)麻煩的，而利用旋翼轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器就能自動(dòng)地將旋翼轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在這兩個(gè)最佳值上。 旋翼轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)如圖1所示。 發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)主減速器驅(qū)動(dòng)速發(fā)電機(jī)產(chǎn)生三相交流電，輸送到旋翼轉(zhuǎn)速表指示器。同時(shí)，將其中的一相傳送到旋翼轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，其交流電的頻率與旋翼轉(zhuǎn)速成正比。在調(diào)節(jié)器中，首先通過檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)對(duì)輸入信號(hào)的頻率進(jìn)行檢測(cè)。當(dāng)旋翼轉(zhuǎn)速為基準(zhǔn)轉(zhuǎn)速（207轉(zhuǎn)/分或212轉(zhuǎn)/分）時(shí)，交流電的輸入信號(hào)頻率為基準(zhǔn)頻，調(diào)節(jié)器沒有輸出信號(hào)。當(dāng)旋翼偏離基準(zhǔn)轉(zhuǎn)速時(shí)，輸入信號(hào)的頻率也相應(yīng)發(fā)生偏移，這時(shí)檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)檢測(cè)到這個(gè)偏移，并轉(zhuǎn)換成直流偏差信號(hào)加到γ放大器進(jìn)行前置放大，然后關(guān)到功率放大器進(jìn)行功率放大，其輸出信號(hào)控制作動(dòng)筒電機(jī)動(dòng)作。作動(dòng)筒電機(jī)一旦動(dòng)作，便帶動(dòng)油門操縱連標(biāo)動(dòng)作，使發(fā)生機(jī)油門增大或減小。油門的增大或減小，使發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率隨之變化，從而使旋翼轉(zhuǎn)速向減小偏移的方向變化。當(dāng)達(dá)到基準(zhǔn)轉(zhuǎn)速時(shí)，調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)為零，作動(dòng)筒電機(jī)停止工作，發(fā)動(dòng)機(jī)油門位置不變，旋翼轉(zhuǎn)速便穩(wěn)定在基準(zhǔn)值上。 當(dāng)飛行速度大于150km/h時(shí)，飛機(jī)儀表板上的“n.207-n.212”轉(zhuǎn)換警告燈亮，提醒飛行員將旋翼轉(zhuǎn)速調(diào)到212轉(zhuǎn)/分的穩(wěn)定值上。當(dāng)“n.207-n.212”轉(zhuǎn)換開關(guān)被扳對(duì)“n.212”位置上時(shí)，一個(gè)固定的負(fù)偏壓通過開關(guān)觸點(diǎn)加到γ放大器的輸入端，使γ放大器的輸入基準(zhǔn)發(fā)生正向偏移。因此，旋翼轉(zhuǎn)速也就被穩(wěn)定在212轉(zhuǎn)/分；當(dāng)飛行速度減到150km/h以下時(shí)的轉(zhuǎn)換過程與此相反。 2 旋轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器總體設(shè)計(jì)方案 （1）為了便于改裝，保持原轉(zhuǎn)速傳感器、作動(dòng)筒電機(jī)和調(diào)節(jié)器的外圍接口不變； （2）采用專用集成電路設(shè)計(jì)檢測(cè)與轉(zhuǎn)換、綜合與放大電路； （3）利用先進(jìn)的pwm控制技術(shù)（pwm控制技術(shù)是利用半導(dǎo)體開關(guān)器件的導(dǎo)通與斷開把直流電壓變成電壓脈沖列，并通過控制電壓脈沖列的寬度和周期達(dá)到變壓的目的，或者控制電壓脈沖列的寬度和脈沖列的周期達(dá)到變壓、變頻的目的），采用專用功率集成電路設(shè)計(jì)功率放大器； （4）為了使作動(dòng)筒電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度與作動(dòng)筒的負(fù)荷基本無關(guān)而只受功率放大器輸入信號(hào)大小的控制（與旋翼轉(zhuǎn)速誤差信號(hào)的大小成正比），設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速跟隨電路?？傮w設(shè)計(jì)方案原理框圖如圖2所示。 2.1 檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)和γ放大器設(shè)計(jì) 檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)和γ放大器設(shè)計(jì)電路如圖3所示。它由波形轉(zhuǎn)換電路、頻率-電壓變換電路、前置放大電路、基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路和差動(dòng)放大電路組成。從轉(zhuǎn)速發(fā)電機(jī)傳輸過來的正弦波信號(hào)經(jīng)過lm339過零比較器轉(zhuǎn)化為矩形波信號(hào)，該信號(hào)與正弦波信號(hào)的頻率相同。矩形波信號(hào)經(jīng)vfc32