(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111651728.7 (22)申请日 2021.12.3 0 (71)申请人 中国航天空气动力技 术研究院 地址 100074 北京市丰台区云岗西路17号 (72)发明人 盛志清　李广良　杨辉　张江　 (74)专利代理 机构 中国航天科技专利中心 11009 代理人 范晓毅 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 17/12(2006.01) (54)发明名称 一种舵面自动偏转机构的偏转角精确定位 方法及系统 (57)摘要 本发明涉及一种舵面自动偏转机构的偏转 角精确定位方法及系统， 本发明建立机构的工作 平面和虚拟 丝杠轴； 在工作平 面内建立偏转角定 位解析式； 将定位解析式表达转换到与实际机构 输出相关； 将机构 的结构不确定性， 转化为三个 待定结构参数的求解问题； 控制机构分别进行4 次预定动作， 测量实际的舵偏角和对应的丝杠行 程， 根据测量结果求解待定结构参数； 用求解后 解析式实现偏转角的精确定位； 本发 明建立偏转 角定位解析式， 将机构 的结构不确定性， 转化为 三个可以求解的结构参数， 并设计易于实现的方 法求解， 能够实现舵面偏转角的精确连续控制。 权利要求书3页 说明书7页 附图3页 CN 114417578 A 2022.04.29 CN 114417578 A 1.一种舵面自动偏转机构的偏转角精确定位方法， 其特 征在于， 包括： S1、 建立拨叉运动旋转坐标系， 得到舵面自动偏转机构的舵面偏转角度在虚拟平面上 的解析表达式； S2、 根据虚拟平面的虚拟轴上参数与实际丝杠轴上参数的比例关系， 将所述虚拟平面 上的解析表达式转换为实际运动平面的运动表达式； S3、 利用给定的舵面自动偏转机构运动距离和实 际对应输出的舵偏角， 确定实际运动 平面的运动表达式中的三个参数， 分别为拨轴在丝杠轴上的实际移动距离Xdr、 舵轴中心到 真实丝杠轴的距离Lr、 虚拟丝杠轴与拨 叉运动旋转 坐标系X轴的夹角 S4、 将所述 三个参数代入实际运动平面的运动表达式， 完成偏转角精确定位方法。 2.根据权利要求1所述的舵面自动偏转机构的偏转角精确定位方法， 其特征在于， 所述 步骤S1中建立的拨叉运动旋转坐标系OXYZ为： 以拨叉绕舵轴旋转的轴中心线与拨叉旋转平 面的交点为坐标系原点O， 取风洞试验模型舵偏角为0度时， 拨叉旋转平面内风洞来流方向 为X轴正方向， 拨 叉开口方向为Y轴正方向， 并按照左手法则确定Z轴的正方向。 3.根据权利要求1所述的舵面自动偏转机构的偏转角精确定位方法， 其特征在于， 所述 步骤S1中舵面自动偏转机构的舵面偏转角度在虚拟平面上的解析表达式如下： 其中， θm为舵面偏转角度， Xm为拨轴在虚拟丝杠轴上移动距离， Xd为舵面偏转角度为 时， 拨轴在虚拟丝杠轴上的移动距离， 为虚拟丝杠轴与拨叉运动旋转坐标系X轴的夹角， L0为旋转坐标系原点O到虚拟丝杠轴的垂直距离 。 4.根据权利要求1所述的舵面自动偏转机构的偏转角精确定位方法， 其特征在于， 所述 步骤S2中虚拟平面的虚拟轴上参数与实际丝杠轴上参数的比例关系如下 所示： 其中： Xdr为拨轴在丝杠轴上的实际移动距离， Lr为舵轴中心到真实丝杠轴的距离， Xr为 控制的拨轴移动距离， k为拨轴在虚拟丝杠轴 上移动距离与对应真实丝杠轴 上移动距离之 间的比例系数， Xm为拨轴在虚拟丝杠轴移动距离， Xd为舵面偏转角度 为 时， 拨轴在虚拟丝 杠轴上的移动距离， L0为旋转坐标系原点O到虚拟丝杠轴的垂直距离 。 5.根据权利要求4所述的舵面自动偏转机构的偏转角精确定位方法， 其特征在于， 所述 步骤S2中将所述虚拟平面上的解析表达式转换为实际运动平面的运动表达式如下： 其中： θm为舵面偏转角度， 为虚拟丝杠轴与拨 叉运动旋转 坐标系X轴的夹角。 6.根据权利要求1所述的舵面自动偏转机构的偏转角精确定位方法， 其特征在于， 所述权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114417578 A 2步骤S3中利用给定的机构运动运动距离和实际对应输出的舵偏角， 确定实际运动平面的运 动表达式 中的三个参数的方法如下： (3.1)、 舵面自动偏转机构的舵面回零位， 驱动电机转动， 控制拨轴在丝杠轴上向正负 两个方向分别运动Xr1距离， 测量舵面对应的角度， 分别记为θ1和 θ3； (3.2)、 舵面自动偏转机构的舵面回零位， 驱动电机转动， 控制拨轴在丝杠轴上向正负 两个方向分别运动Xr2距离， 且满足Xr2≠Xr1， 测量舵面对应的角度， 分别记为θ2和 θ4； (3.3)、 根据角度 θ1、 θ3、 θ2和 θ4， 按照实际运动平面的运动表达式建立如下 方程组： (3.4)、 求解步骤(3.3)中的方程 组， 得到拨轴在 丝杠轴上的实际移动距离Xdr、 舵轴中心 到真实丝杠轴的距离Lr、 虚拟丝杠轴与拨 叉运动旋转 坐标系X轴的夹角 7.根据权利要求6所述的舵面自动偏转机构的偏转角精确定位方法， 其特征在于， 所述 步骤(3.4)中求 解步骤(3.3)中的方程组， 得到三个参数的方法为： 消除方程组中参数 Xdr和Lr， 化简后得到： 进一步求解， 得到 为： 任取步骤(3.3)方程组中的两个公式， 将 代入， 求解得到Xdr为： 任取步骤(3.3)方程组中的一个公式， 将 和Xdr带入， 得到Lr为： 8.根据权利要求1所述的舵面自动偏转机构的偏转角精确定位方法， 其特征在于， 还包 括： 控制舵面自动偏转机构拨轴在丝杠轴 上运动给定的距离， 测 量舵面对应的角度与步骤 S4完成偏转角精确定位后的实际运动平面的运动表达式结果进 行比较， 检验准确性和有效 性。 9.一种舵面自动偏转机构的偏转角精确定位系统， 其特征在于， 包括坐标系建立模块、 转换模块和参数计算模块， 其中： 坐标系建立模块， 建立拨叉运动旋转坐标系， 得到舵面自动偏转机构的舵面偏转角度 在虚拟平面上的解析表达式； 转换模块， 根据虚拟平面的虚拟轴上参数与实 际丝杠轴上参数的比例关系， 将所述虚权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114417578 A 3