本发明专利技术公开了一种小型无人直升机汽油发动机转速控制系统，包括转速测量模块、核心控制器模块、控制信号执行模块、电源管理模块；所述转速测量模块包括转速信号采集模块、转速计算模块、数据处理模块；本发明专利技术还公开一种小型无人直升机汽油发动机转速控制系统的控制方法，包括以下步骤：1、发动机每旋转一圈就产生一个高压脉冲信号，高压脉冲信号经过转速信号采集模块中的定时器的外部捕获接口接入转速计算模块；2、用T法计算出发动机的转速值；3、分别解析出融合后的转速数据和GPS模块的数据；4、转速控制算法计算设定的转速值与测量转速值之间的差值；5、改变发动机的转速。具有良好的可扩展性和广泛的兼容性等优点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种运用自动控制原理对发动机转速进行控制的技术，特别涉及一种 ，本专利技术适用于小型无人直升机汽 油发动机的转速控制，设计转速测量、数据通讯、控制信号输出等电子系统。
技术介绍
当前投入使用的小（微）型无人直升机大都使用电力驱动，这是因为电动无人机 的结构相对简单，控制器设计可操作性强，且电动发动机对通讯系统的干扰比较小。受制于 其动力系统有限的功率，这类直升机往往无法提供较大的有效载荷，且其滞空时间、有效航 程受到很大的限制。所以，在执行远距离、长航时、大载荷的飞行任务时，汽油发动机驱动的 无人直升机便成了合适的选择。汽油发动机不仅能够提供更为强劲的动力，而且能够保证 直升机旋翼转速在恶劣气象条件下的稳定性，免去了电动发动机的电池维护工作，提升了 飞机的出勤效率。 无人机功能的实现依赖于一套可靠的飞行控制系统，然而，汽油发动机引入了一 系列的电磁干扰，影响飞控系统的可靠性。汽油发动机转速稳定性较差，会导致无人直升机 飞行稳定性变差。在直升机的飞行过程中，载荷的变化、气象条件的改变、飞机自身的机动 动作都会改变汽油发动机的负载，从而会对汽油发动机的转速造成影响。此时，必须施加一 定的控制信号来稳定汽油发动机的转速，才能稳定直升机的飞行状态。当前国内外对于无 人机载汽油发动机的研究成果有限，实用于无人直升机载汽油机的控制系统比较少，由此 可见，为了使汽油发动机对直升机控制的影响最小化，需要针对汽油发动机设计一个独立 的控制器，使其能够为直升机提供稳定的动力输出。本专利技术的小型无人直升机汽油发动机 转速控制系统，适用于20公斤级载荷的小型无人直升机，它的兼容性强、可扩展性高、稳定 可靠。
技术实现思路
本专利技术的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出一种小型无人直升机汽 油发动机转速控制系统，该控制系统是一种稳定性高、可扩展性强、易于实现的小型无人直 升机汽油发动机转速控制系统。 本专利技术的另一个目的在于，提供一种控制小型无人直升机汽油发动机转速控制系 统的控制方法。 本专利技术的首要目的采用以下技术方案实现： -种小型无人直升机汽油发动机转速控制系统，包括转速测量模块、核心控制器 模块、控制信号执行模块和电源管理模块；所述转速测量模块包括转速信号采集模块、转速 计算模块、数据处理模块；所述控制信号执行模块包括4017分频器、伺服舵机模块； 转速信号采集模块通过转速计算模块的外部信号输入捕获接口与转速计算模块 的AVR处理器芯片相连，转速计算模块通过URAT通讯协议与核心控制器模块通讯，在转速 计算模块与核心控制器模块通讯的过程中，需要数据处理模块进行数据滤波、融合处理，核 心控制器模块向控制信号执行模块输出5v制式的PffM信号，电源管理模块则为所有的模块 提供稳定的电源支持； 转速信号采集模块将发动机的转速信息转换成脉冲信号，通过定时器Tl的输入 捕获接口接入转速计算模块的AVR处理器，转速计算模块识别脉冲信号，并计算出对应的 转速值，转速值需要经过数据处理模块的滤波处理，然后按照特有的方式与GPS模块数据 融合，经过串口发送给核心控制器模块的DEBUG接口，数据经过核心控制器模块的解析分 别得到GPS模块数据和转速数据，转速数据作为反馈信息给到核心控制器上的转速控制算 法，转速控制算法将转速数据与给定值数据对比后计算出控制信号的PWM值，经过4017分 频器的处理将控制信号输出给伺服舵机，进而控制发动机的转速。 优选的，所述转速信号采集模块的脉冲传感器，具有硬件滤波、对抗外部高频电磁 干扰的能力。 优选的，所述转速信号的传输方式，在接入AVR处理器之前所设计的功率放大处 理电路，转速信号在AVR处理器中的识别方法以及计算转速数据的方法。 优选的，所述初始转速数据的处理方法，转速数据与GPS模块数据融合的数据格 式以及数据的传输方法、传输速度，数据在核心处理器上的解析方法。 优选的，所述的核心控制器模块包括ARM处理器模块，接口转换模块、气压传感器 模块、三轴陀螺仪模块、I/O接口模块。 优选的，所述的电源管理模块由两个输出能力为3A的开关电源芯片构成，为整个 发动机控制系统提供5V和3. 3V两种电压，具有电平转换、稳压输出、短路隔离的功能。 本专利技术的另一个目通过以下技术方案实现： -种控制所述小型无人直升机汽油发动机转速控制系统的控制方法，包括下述步 骤： 步骤1、汽油发动机每旋转一圈都会产生一个高压的脉冲信号，转速信号采集模块 采集到该脉冲信号，信号采集模块中的传感器硬件集成了滤波器，将脉冲信号的噪声滤除， 得到较为理想的脉冲信号，该脉冲信号经过放大器进行功率放大，经AVR处理器的定时器 Tl的外部捕获接口接入转速计算模块。 步骤2、转速计算模块中的AVR处理器识别转速脉冲信号，并在捕获信号时用定时 器Tl做时间标记，然后用T法计算出转速值；初始的转速值因高频噪声干扰会产生非周期 性的跳变，使用中位值窗口滤波处理初始转速值；在整个飞控系统中，转速计算模块又承担 着GPS模块数据的接收转发功能，转速数据需要与GPS模块数据融合后发送给核心控制器 丰吴块； 步骤3、核心控制器模块接收到融合后的数据后，通过解析算法，分别解析出GPS 模块数据和转速数据，GPS模块数据用于直升机飞行状态的计算，转速数据用于控制信号的 计算； 步骤4、转速控制器采用经典的PID控制算法，所述PID控制算法以软件形式在核 心控制器模块中实现，经过计算给定转速值与测量转速值之间的差值，得出控制信号，以达 到最终消除差值的效果； 步骤5、所述核心控制器模块中的转速控制算法计算得到控制信号，以PffM值的形 式输出给所述控制信号执行模块中的4017分频器模块，经过分频器的处理，从第五通道输 出给伺服舵机，伺服舵机按照控制信号做出相应动作，带动发动机节气门，节气门的开度产 生相应的变化，改变发动机的转速。 优选的，步骤2中，T法测转速是一种通过测量两个相邻脉冲之间时间间隔来推算 转速值的方法，AVR处理器的晶振频率越高，这种方法得到的数据就越准确；根据图1中的 定时器计数值T。便可以根据时钟频率f t进一步得到两个脉冲之间的时间，从而计算出转速 (单位rpm)，转速的计算公式为 使用SMhz晶振就可以满足汽油发动机的测速要求冲位值窗口滤波可以有效滤 除转速测量中的无效值，选取窗口长度为6的滤波方法即能保证滤波效果，又能避免造成 过大的延时。 优选的，步骤3中，转速测量模块与核心控制器模块按照UART协议建立通讯，数据 的解当前第1页1 2 3 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种小型无人直升机汽油发动机转速控制系统，其特征在于，包括：转速测量模块、核心控制器模块、控制信号执行模块、电源管理模块；所述转速测量模块包括转速信号采集模块、转速计算模块、数据处理模块；所述控制信号执行模块包括：4017分频器、伺服舵机模块；转速信号采集模块通过AVR的外部信号输入捕获接口与转速计算模块的AVR处理器芯片相连，转速计算模块通过URAT通讯协议与核心控制器模块通讯，在转速计算模块和核心控制器模块通讯的过程中，需要数据处理模块进行数据滤波、融合处理，核心控制器模块向控制信号执行模块输出5v制式的PWM信号，电源管理模块则为所有的模块提供稳定的电源支持；转速信号采集模块将发动机的转速信息转换成脉冲信号，通过定时器T1的输入捕获接口接入转速计算模块的AVR处理器，转速计算模块识别脉冲信号，并计算出对应的转速值，转速值需要经过数据处理模块的滤波处理，然后按照特有的方式与GPS模块数据融合，经过串口发送给核心控制器模块的DEBUG接口，数据经过核心控制器模块的解析分别得到GPS模块数据和转速数据，转速数据作为反馈信息给到核心控制器上的转速控制器，转速控制器将转速信息与给定值信息对比后计算出控制信号的PWM值，经过4017分频器的处理将控制信号输出给控制信号执行模块，所述控制信号执行模块控制发动机的转速。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：松涛，裴海龙，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44
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