CN113716051A - 一种飞机电动驾驶员座椅电子控制器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种飞机电动驾驶员座椅电子控制器，包括控制组件、电机驱动部分和电源组件，电源组件分别与控制组件和电机驱动部分连接，控制组件通过电机驱动部分分别与座椅的水平电动机构和垂直电动机构连接。采用了自动校准控制，避免采用机械方式或外部输入的极限位置调整，降低维护工作量，减少维护设备的目的，可用于航空领域，符合航空使用标准，应用于国内航空电动驾驶员座椅。
Description
技术领域
本发明涉及航空座椅技术领域，具体涉及一种飞机电动驾驶员座椅电子控制器。
背景技术
国内机载系统技术基础比较薄弱，飞机驾驶员座椅也由国外系统供应商提供。国产纯机械驾驶员座椅方面取得一定的突破，但在电动驾驶员座椅的设计技术方面还存在欠缺。本发明提出的座椅电子控制器为电动驾驶员座椅电气控制部分，可应用于航空领域。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，针对现有技术存在的上述缺陷，提供了一种飞机电动驾驶员座椅电子控制器，采用了自动校准控制，避免采用机械方式或外部输入的极限位置调整，降低维护工作量，减少维护设备的目的，可用于航空领域，符合航空使用标准，应用于国内航空电动驾驶员座椅。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
一种飞机电动驾驶员座椅电子控制器，包括控制组件、电机驱动部分和电源组件，电源组件分别与控制组件和电机驱动部分连接，控制组件通过电机驱动部分分别与座椅的水平电动机构和垂直电动机构连接。
按照上述技术方案，水平电动机构包括驱动电机和水平导轨，水平电动机构的驱动电机通过传动机构与座椅连接，驱动座椅沿水平导轨来回移动，垂直电动机构包括驱动电机和垂直导轨，垂直电动机构的驱动电机通过传动机构与座椅连接，驱动座椅沿垂直导轨来回移动；垂直导轨设置于水平导轨上，座椅设置于垂直导轨上。
按照上述技术方案，电机驱动部分的个数为2个，两个电机驱动部分分别与水平电动机构和垂直电动机构连接。
按照上述技术方案，电机驱动部分包括隔离驱动电路、功率逆变电路和MOS管驱动，驱动电机上还设有制动器，隔离驱动电路的输入端与电源组件和控制组件连接，隔离驱动电路的输出端与功率逆变电路的输入端连接，功率逆变电路的输出端分别与驱动电机和控制组件连接，MOS管驱动分别与隔离驱动电路和功率逆变电路连接，MOS管驱动的输出端与制动器连接。
按照上述技术方案，电控组件包括DSP数字信号处理器、缓冲电路、非线性光耦隔离和二次电源电路，DSP数字信号处理器通过缓冲电路和非线性光耦隔离分别与电机驱动部分的隔离驱动电路和功率逆变电路连接，DSP数字信号处理器通过二次电源电路与电源组件连接。
按照上述技术方案，缓冲电路与DSP数字信号处理器之间连接有PWM脉冲宽度调制器。
按照上述技术方案，电源组件包括驱动部分一次电源电路、控制部分一次电源电路、滤波电路和尖峰抑制电路，尖峰抑制电路的输出端与滤波电路的输入端连接，滤波电路的输出端分别与驱动部分一次电源电路的输入端和控制部分一次电源电路的输入端连接，并与电机驱动部分连接，驱动部分一次电源电路的输出端和控制部分一次电源电路的输出端分别与电机驱动部分和控制组件连接。
按照上述技术方案，电源组件还包括电流监测电路，电流监测电路的输入端与滤波电路连接，电流监测电路的输出端与电机驱动部分连接；尖峰抑制电路的输入端连接有防反接电路。
按照上述技术方案，二次电源电路与DSP数字信号处理器之间并行连接有电压监控电路和EEPROM存储电路。
按照上述技术方案，DSP数字信号处理器还连接有通讯接口电路。
本发明具有以下有益效果：
本发明采用了自动校准控制，避免采用机械方式或外部输入的极限位置调整，降低维护工作量，减少维护设备的目的，可用于航空领域，符合航空使用标准，应用于国内航空电动驾驶员座椅。
附图说明
图1是本发明实施例中飞机电动驾驶员座椅电子控制器的电路原理示意图；
图2是本发明实施例中飞机电动驾驶员座椅电子控制器的结构示意图；
图中，1-电机驱动部分，2-电动机构接口及电源/操作接口，3-壳体组件，4-控制组件，5-模式选择开关/正驾副驾选择开关，6-电源组件。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
参照图1～图2所示，本发明提供的一个实施例中的飞机电动驾驶员座椅电子控制器，包括控制组件、电机驱动部分和电源组件，电源组件分别与控制组件和电机驱动部分连接，控制组件通过电机驱动部分分别与座椅的水平电动机构和垂直电动机构连接。
进一步地，水平电动机构包括驱动电机和水平导轨，水平电动机构的驱动电机通过传动机构与座椅连接，驱动座椅沿水平导轨来回移动，水平电动机构的驱动电机的输出轴上设有角位移传感器，水平导轨上设有霍尔位置传感器，水平电动机构的角位移传感器和霍尔位置传感器与控制组件的DSP数字信号处理器连接，DSP数字信号处理器与角位移传感器和霍尔位置传感器之间连接有分压滤波器；
垂直电动机构包括驱动电机和垂直导轨，垂直电动机构的驱动电机通过传动机构与座椅连接，驱动座椅沿垂直导轨来回移动；垂直导轨设置于水平导轨上，座椅设置于垂直导轨上，垂直电动机构的驱动电机的输出轴上设有角位移传感器，垂直导轨上设有霍尔位置传感器，垂直电动机构的角位移传感器和霍尔位置传感器与控制组件的DSP数字信号处理器连接，DSP数字信号处理器与角位移传感器和霍尔位置传感器之间连接有分压滤波器。
进一步地，电机驱动部分的个数为2个，两个电机驱动部分分别与水平电动机构和垂直电动机构连接。
进一步地，电机驱动部分包括隔离驱动电路、功率逆变电路和MOS管驱动，驱动电机上还设有制动器，隔离驱动电路的输入端与电源组件和控制组件连接，隔离驱动电路的输出端与功率逆变电路的输入端连接，功率逆变电路的输出端分别与驱动电机和控制组件连接，MOS管驱动分别与隔离驱动电路和功率逆变电路连接，MOS管驱动的输出端与制动器连接。
进一步地，电控组件包括DSP数字信号处理器、缓冲电路、非线性光耦隔离和二次电源电路，DSP数字信号处理器通过缓冲电路和非线性光耦隔离分别与电机驱动部分的隔离驱动电路和功率逆变电路连接，DSP数字信号处理器通过二次电源电路与电源组件连接。
进一步地，缓冲电路与DSP数字信号处理器之间连接有PWM脉冲宽度调制器。
进一步地，电源组件包括驱动部分一次电源电路、控制部分一次电源电路、滤波电路和尖峰抑制电路，尖峰抑制电路的输出端与滤波电路的输入端连接，滤波电路的输出端分别与驱动部分一次电源电路的输入端和控制部分一次电源电路的输入端连接，并与电机驱动部分连接，驱动部分一次电源电路的输出端和控制部分一次电源电路的输出端分别与电机驱动部分和控制组件连接。
进一步地，电源组件还包括电流监测电路，电流监测电路的输入端与滤波电路连接，电流监测电路的输出端与电机驱动部分连接；尖峰抑制电路的输入端连接有防反接电路。
尖峰抑制电路为瞬态抑制保护电路；电流监测电路为母线霍尔电流检测器。
进一步地，二次电源电路与DSP数字信号处理器之间并行连接有电压监控电路和EEPROM存储电路。
进一步地，DSP数字信号处理器还连接有通讯接口电路。
座椅电子控制器为飞机电动驾驶员座椅的控制部分，可通过正副驾选择开关进行配置适配正副驾电动座椅，总体构架采用单DSP实现电动座椅垂直和水平两个方向的有感BLDC电机的控制，从而实现垂直、水平位置的调节；垂直以及水平方向采用互锁控制，不能同时动作；
电机电源及控制组件依包含瞬态抑制保护电路、防反接电路、电源滤波电路、电源转换电路、电流检测电路、温度检测电路、开关、霍尔和位移接口电路以及主控电路；瞬态抑制保护电路、防反接电路、电源滤波电路分别实现电源电压尖峰浪涌抑制、电源防反接、电源防反接设计；电源电路实现传感器、电机霍尔、DSP以及外围电路的供电；电流检测电路实现母线电流的检测；温度检测电路实现温度的测量；接口电路实现调节信号、霍尔信号、工作模式设置以及位移信号的采集；主控电路采用DSP设计，实现各种控制算法，保证系统按照指令进行运行，具有DSP及外围电路、电压监控电路、通讯接口电路、EEPROM存储电路、驱动缓冲电路等，电压监控电路实现电压的检测，避免低压运行，通讯接口电路实现外部通讯，实现产品检测测试，EEPROM存储电路用于极限位置以及故障信息存储，驱动缓冲电路增大DSP的I/O驱动能力。
电机驱动部分包含光耦隔离驱动电路、水平电动机构驱动(三相桥电路)、垂直电动机构驱动(三相桥电路)、制动器控制电路等；电机驱动隔离电路实现强弱电信号的隔离，三相桥驱动电路实现控制信号到驱动信号的转变，制动器控制电路实现对电动机构电机制动器的控制。设计原理图如图1所示。
盒体组件用于固定其他组件以及连接功能，具有耐受盐雾、湿热等自然环境以及振动、冲击、加速度等机械环境的能力。电机机构接口及电源/操作接口用于电源及被控电动机构的连接；模式选择开关用于选择校准模式或正常工作模式；正副驾开关用于选择座椅电子控制器用于正副驾设置。
座椅电子控制器具有两种工作模式，正常工作模式和校准工作模式，可通过模式选择开关进行配置。
正常工作模式：座椅电子控制器可根据座椅操作按键信号对座椅的水平电动机构、垂直电动机构进行驱动控制，实现座椅的水平位置以及垂直位置调节；可实时采集水平(垂直)电动机构的位置传感器信号，与极限位置进行对比，划分出正常调速区、减速区与禁止运行区，在距离较远时为正常调速区，采用100％额定速度运行策略，在较近位置采用50％额定速度调节，禁止运行区采用立即关闭电机及制动器或禁止运行策略，从而实现实现座椅水平、垂直位置的极限位控制，防止座椅触碰座椅机械限位；可实现座椅电动机构位置传感器故障、短路、缺相、霍尔故障、电流传感器故障等故障检测，实现产品的可靠工作。
校准工作模式：按照预定程序，低速主动控制座椅与机械限位的触碰，并通过触碰时电流、座椅位置检测以及时间多信息判断，实现座椅位置的采集、滤波、逻辑判断分析、存储，从而实现双边极限位置的自判断，从而实现位置自动校准功能。
本发明的工作原理(步骤或实验数据)：座椅电子控制器正常工作模式下，座椅电子控制器接受到(上下、前后)控制开关信号后，根据座椅电动机构的位置信息进行判断，当座椅位于正常调速区，座椅电子控制器打开相应方向电机制动器，采用软启动方式，逐步增加调节速度设定值，直到正常额定速度，根据霍尔反馈信号计算电机速度，采用速度闭环控制，当控制开关信号停止时，座椅电机控制器采用软停止方式，逐步减少控制速度，达到低速设定值时，停止驱动关闭电机制动器；当座椅位于减速区时，座椅电子控制器打开相应方向电机制动器，采用软启动方式，逐步增加调节速度设定值，直到50％额定速度，根据霍尔反馈信号计算电机速度，采用速度闭环控制，当控制开关信号停止时，座椅电机控制器采用软停止方式，逐步减少控制速度，达到低速设定值时，停止驱动关闭电机制动器；当座椅处于禁止运行区时，座椅电子控制器不输出电机驱动信号，此时座椅可反向控制。
校准模式：座椅电子控制器可控制座椅进行水平及垂直极限位置的校准；校准模式时，任意按前、后(上、下)开关，座椅控制器驱动座椅按照预定程序进行三次全行程极限位的低速碰撞，当控制座椅触碰极限位置时，电机因堵转母线电流会增大，当霍尔电流传感器检测电流时，根据电流大小和时间的乘积，调节触碰的时间，并判断极限位置；为避免连续碰撞或母线电流过流时间长于判断时间，采用座椅位置信息、时间信息进行综合判断，实现座椅极限位置的采集、滤波、逻辑判断分析、存储。
本发明是通过电流监测电路(即母线霍尔电流检测器)实施自动校正，具体过程为：步骤1，电机驱动座椅沿导轨以固定速度V向前移动；
步骤2，通过电机的母线电流传感器监测电机母线电流值；
步骤3，通过电机母线电流值积分窗方式判定座椅是否到达导轨上的向前极限位置，到达向前极限位置时记录此向前极限位置；
步骤4，当座椅到达向前极限位置后，电机驱动座椅向后启动，直至座椅达到设定速度时切换为固定速度V控制向后移动；
步骤5，座椅以固定速度V向后移动时，通过电机母线电流值积分窗方式判定座椅是否到达向后极限位置，到达向后极限位置时记录此向后极限位置。
进一步地，在所述的步骤5后，还包括以下步骤：
步骤6，重复步骤1～步骤5多次，取各向前极限位置的中间值作为最终向前极限位置，取各向后极限位置的中间值作为最终向后极限位置；
步骤7，座椅以恒速度向后移动，当到达最终向前极限位置和最终向后极限位置的中间位置时，电机停止，校准结束。
进一步地，固定速度V为1200r/min～1800r/min。
进一步地，在所述的步骤3和步骤5中，通过电流值积分窗方式判断向前和向后的极限位置的具体过程为：当电机母线电流值大于设定电流值后，将每1ms电机母线电流值进行累加，直至累加值大于设定积分值时，则判定此时座椅到达导轨上的向前极限位置。
进一步地，当通过电流累加值判定并记录座椅极限位置后，对电流累加值进行清零。
进一步地，相邻两个极限位置的判定时间相差不小于2s，且相邻两个极限位置判定位移相差不小于10cm。
进一步地，在所述的步骤4和步骤5中，电机以恒转矩驱动座椅从上一极限位置向反方向启动，直至座椅达到设定速度后，座椅以固定速度V继续移动。
进一步地，在所述的步骤4和步骤5中，电机以恒转矩2A驱动座椅从上一极限位置向反方向启动，直至座椅达到设定速度V后或计时T后，座椅以恒转速驱动以速度V继续移动；座椅在触碰返回时，采用恒转矩的控制方式进行控制，可避免机械老化或轨道阻力变大，造成校正失效，达到设定速度或达到计时T，改为恒转速控制。
进一步地，计时T为80ms～120ms。
进一步地，计时T的最佳时间为100ms。
本发明提出基于电流积分窗的座椅极限位置校准方法，实现校准工作模式时，能快速准确地对座椅极限位置进行自动校准，尤其适用于飞机电动驾驶员座椅，属于航空技术领域，该方法也可以应用于其他基于极限位置检测的信号处理及设计、汽车防撞等触发系统，具有良好的应用前景。
以上的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等效变化，仍属本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种飞机电动驾驶员座椅电子控制器，其特征在于，包括控制组件、电机驱动部分和电源组件，电源组件分别与控制组件和电机驱动部分连接，控制组件通过电机驱动部分分别与座椅的水平电动机构和垂直电动机构连接。
2.根据权利要求1所述的飞机电动驾驶员座椅电子控制器，其特征在于，水平电动机构包括驱动电机和水平导轨，水平电动机构的驱动电机通过传动机构与座椅连接，驱动座椅沿水平导轨来回移动，垂直电动机构包括驱动电机和垂直导轨，垂直电动机构的驱动电机通过传动机构与座椅连接，驱动座椅沿垂直导轨来回移动。
3.根据权利要求2所述的飞机电动驾驶员座椅电子控制器，其特征在于，电机驱动部分的个数为2个，两个电机驱动部分分别与水平电动机构和垂直电动机构连接。
4.根据权利要求2或3所述的飞机电动驾驶员座椅电子控制器，其特征在于，电机驱动部分包括隔离驱动电路、功率逆变电路和MOS管驱动，驱动电机上还设有制动器，隔离驱动电路的输入端与电源组件和控制组件连接，隔离驱动电路的输出端与功率逆变电路的输入端连接，功率逆变电路的输出端分别与驱动电机和控制组件连接，MOS管驱动分别与隔离驱动电路和功率逆变电路连接，MOS管驱动的输出端与制动器连接。
5.根据权利要求1所述的飞机电动驾驶员座椅电子控制器，其特征在于，电控组件包括DSP数字信号处理器、缓冲电路、非线性光耦隔离和二次电源电路，DSP数字信号处理器通过缓冲电路和非线性光耦隔离分别与电机驱动部分连接，DSP数字信号处理器通过二次电源电路与电源组件连接。
6.根据权利要求5所述的飞机电动驾驶员座椅电子控制器，其特征在于，缓冲电路与DSP数字信号处理器之间连接有PWM脉冲宽度调制器。
7.根据权利要求1所述的飞机电动驾驶员座椅电子控制器，其特征在于，电源组件包括驱动部分一次电源电路、控制部分一次电源电路、滤波电路和尖峰抑制电路，尖峰抑制电路的输出端与滤波电路的输入端连接，滤波电路的输出端分别与驱动部分一次电源电路的输入端和控制部分一次电源电路的输入端连接，并与电机驱动部分连接，驱动部分一次电源电路的输出端和控制部分一次电源电路的输出端分别与电机驱动部分和控制组件连接。
8.根据权利要求7所述的飞机电动驾驶员座椅电子控制器，其特征在于，电源组件还包括电流监测电路，电流监测电路的输入端与滤波电路连接，电流监测电路的输出端与电机驱动部分连接；尖峰抑制电路的输入端连接有防反接电路。
9.根据权利要求5所述的飞机电动驾驶员座椅电子控制器，其特征在于，二次电源电路与DSP数字信号处理器之间并行连接有电压监控电路和EEPROM存储电路。
10.根据权利要求5所述的飞机电动驾驶员座椅电子控制器，其特征在于，DSP数字信号处理器还连接有通讯接口电路。
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