一种直升机无人化改装中的发动机自动控制方法技术

本发明专利技术涉及直升机无人化技术领域，具体为一种直升机无人化改装中的发动机自动控制方法，包括以下步骤：S1.使用多种类型数据源加滤波融合算法对直升机发动机进行转速采集；S2.对多组转速采集数据加权平均并计算得到发动机转速RPM

An automatic engine control method in unmanned refitting of helicopter

【技术实现步骤摘要】
一种直升机无人化改装中的发动机自动控制方法
本专利技术涉及直升机无人化
，具体为一种直升机无人化改装中的发动机自动控制方法。
技术介绍
在无人机控制领域，绝大多数研究集中在无人机的姿态控制、航线规划、障碍物规避等空中科目。对于中型（300kg）级别以上的无人直升机来说，世界范围内均采用对有人直升机进行无人化改装的方式进行研发。但有人直升机发动机启动流程相对微小型无人机复杂的多，要求经验丰富的驾驶员和地面人员配合才能完成。在为数不多的中型以上无人直升机研发过程中，普遍采用人工地面启动发动机的方式，由驾驶员手动/遥控控制发动机到离地状态，甚至进入悬停后，才由飞行控制计算机接管，进入无人控制阶段。无人直升机由于成本控制和功能需求的限制，基本选用活塞式发动机，乃至二冲程发动机。直升机自身的复杂构造导致发动机的控制难度大，启动流程繁琐，对驾驶员经验依懒性较高。其具体控制的难点主要在于：1.如何确保发动机转速采集的实时性与准确性；对于发动机控制来说，维持发动机转速在期望值是发动机控制的最主要的目标，因此发动机转速真实值的采集至关重要，一旦发动机转速采集严重失真，则必将导致直升机的坠毁；然而直升机自带的转速传感器数值跳动较大，通常需要驾驶员凭经验加以判断和修正如果直接用于PID控制，则极易诱发震荡；如果简单的用滤波算法加以平滑，则容易导致采集滞后；如果只有单一采集源，则无法保证关键数据的可靠性；2.直升机发动机的工况通常分为冷车启动、热车启动、冷车怠速、热车怠速、旋翼结合/分离过程和全转速六种情况；这六种情况下发动机的工作性能差距大，在不同天气环境下的表现亦不一致，同样依赖于飞行员的经验，导致无法使用一套固定的PID参数进行控制；3.直升机的无人化改装工作量大，技术难度高，如何搭建低成本又可靠的航电系统也是难点之一；4.直升机从发动机启动，到最后降落关车，有多项发动机控制相关流程需要进行，如何通过机载软件和地面站指令的合理架构实现直升机真正意义上的无人化，是发动机控制软件开发的要点。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种直升机无人化改装中的发动机自动控制方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。本专利技术的上述专利技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种直升机无人化改装中的发动机自动控制方法，包括以下步骤：S1.使用多种类型数据源加滤波融合算法对直升机发动机进行转速采集；S2.对步骤S1得到的多组转速采集数据加权平均并通过滤波函数计算得到发动机转速RPMeng；S3.利用传感器采集气缸头温度和大气环境温度，对比温度差判断当前状态为冷车或热车，通过发动机软件控制科目和发动机转速判断当前状态是怠速、结合、分离或全转速，进而区分判断出直升机发动机的工况为冷车怠速、热车怠速、旋翼结合/分离过程和全转速中哪一种；S4.在步骤S3中各工况下进行PID调参测试，得到相对应的PID参数；S5.在直升机发动机控制软件程序编写中，根据发动机软件控制科目和当前工况调用相对应的PID参数进行自动控制运算，从而实现直升机发动机的自动控制。优选的，步骤S1中所述数据源的转速采集包括以下类型：a)对发动机CDI脉冲发生器进行信号采集并计算出发动机转速RPMcdi；b)对发动机传动轴进行信号采集并计算出发动机转速RPMc；c)对旋翼桨盘进行信号采集并计算出发动机转速RPMr。优选的，步骤S2中a)的采集方式为使用三极管和光耦处理发动机自身脉冲发生器产生的电信号，再由单片机采集，通过单位时间内电信号的触发频率来计算活塞往复周期，进而得到发动机转速RPMcdi；步骤S2中b)的采集方式为在发动机传动轴轴向等间距加装多个磁钢，在磁钢径向加装霍尔传感器，利用磁钢经过霍尔传感器探头时激发传感器输出电信号，通过三极管和光耦处理后发送给单片机采集，通过单位时间内触发的信号量计算得到发动机转速RPMc；步骤S2中c)的采集方式为在主旋翼桨盘下方加装电感式接近传感器，在主旋翼桨靠近电感式接近传感器探头时激发传感器产生高电平信号，通过三极管和光耦处理后发送给单片机采集，通过单位时间内触发的信号量计算得到发动机转速RPMr。优选的，所述发动机转速RPMeng由以下公式计算得到：RPMbeg=k1·RPMcdi+k2·RPMc+k3·k4·RPMr其中k4表示减速比，k1，k2，k3分别表示三种转速采集值的权重比；再将RPMbeg带入滤波函数，计算得到发动机转速RPMeng。优选的，步骤S5中所述直升机发动机控制软件程序具有以下科目及其功能：指令判断，用于分析地面站发送的控制指令，根据当前状态作出相应的决定，防止由于地面误操作引起安全事故；开车准备，根据当前大气温度、湿度、气压、缸头温度以及前次关车时间计算并操控油门至启动位，打开点火开关，为发动机启动做准备；自动开车，用于控制启动机来实现发动机的点火，完成怠速热车后控制发动机转速达到全转速，进入离地起飞状态；关车准备，用于控制发动机转速从全转速降低至怠速状态，等待气缸头温度降到关车温度；自动关车，依次关闭发电机和CDI点火线圈，实现发动机熄火关车，并通过发动机转速监测加以判断；指令中止，在遇到危及直升机安全的紧急情况下迅速退出当前科目；故障监控，用于监测直升机电气系统和平台功能并将故障信息传递到地面控制站，供地面监控人员参考并作出反馈。与现有技术相比，本专利技术提供了一种直升机无人化改装中的发动机自动控制方法，具备以下有益效果：本专利技术能够对直升机发动机转速进行准确、稳定并快速采集；能够根据当前执行科目和工况判断并调用对应工况的PID参数进行自动控制运算，从而实现直升机无人化改装的自动控制功能。附图说明图1是发动机CDI脉冲发生器信号采集电路图；图2是发动机传动轴霍尔传感器信号采集电路图；图3是旋翼桨盘电感式接近传感器信号采集电路图；图4是发动机管理的主流程图；图5是发动机状态判断的流程图；图6是离合器状态判断的流程图；图7是气缸状态判断的流程图；图8是供电系统状态判断的流程图；图9是燃油状态判断的流程图；图10是发动机故障处理的流程图；图11是CDI自检的流程图；图12是指令判断的流程图；图13是开车准备的流程图；图14是自动开车的流程图；图15是关车准备的流程图；图16是自动关车的流程图；图17是转速稳定的流程图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例：为解决发动机转速准确、稳定本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种直升机无人化改装中的发动机自动控制方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1.使用多种类型数据源加滤波融合算法对直升机发动机进行转速采集；/nS2.对步骤S1得到的多组转速采集数据加权平均并通过滤波函数计算得到发动机转速RPM

【技术特征摘要】
1.一种直升机无人化改装中的发动机自动控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.使用多种类型数据源加滤波融合算法对直升机发动机进行转速采集；
S2.对步骤S1得到的多组转速采集数据加权平均并通过滤波函数计算得到发动机转速RPMeng；
S3.利用传感器采集气缸头温度和大气环境温度，对比温度差判断当前状态为冷车或热车，通过发动机软件控制科目和发动机转速判断当前状态是怠速、结合、分离或全转速，进而区分判断出直升机发动机的工况为冷车怠速、热车怠速、旋翼结合/分离过程和全转速中哪一种；
S4.在步骤S3中各工况下进行PID调参测试，得到相对应的PID参数；
S5.在直升机发动机控制软件程序编写中，根据发动机软件控制科目和当前工况调用相对应的PID参数进行自动控制运算，从而实现直升机发动机的自动控制。


2.根据权利要求1所述的一种直升机无人化改装中的发动机自动控制方法，其特征在于，步骤S1中所述数据源的转速采集包括以下类型：
a)对发动机CDI脉冲发生器进行信号采集并计算出发动机转速RPMcdi；
b)对发动机传动轴进行信号采集并计算出发动机转速RPMc；
c)对旋翼桨盘进行信号采集并计算出发动机转速RPMr。


3.根据权利要求2所述的一种直升机无人化改装中的发动机自动控制方法，其特征在于，
步骤S2中a)的采集方式为使用三极管和光耦处理发动机自身脉冲发生器产生的电信号，再由单片机采集，通过单位时间内电信号的触发频率来计算活塞往复周期，进而得到发动机转速RPMcdi；
步骤S2中b)的采集方式为在发动机传动轴轴向等间距加装多个磁钢，在磁钢径向加装霍尔传感器，利用磁钢经过霍尔传感器探头时激发传感器输出电信号，通过三极管和光耦处理后发送给...

【专利技术属性】
技术研发人员：李勇，李玉龙，李柏婵，
申请(专利权)人：湖南捷飞科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43