一种活塞式发动机恒转速控制方法与流程

1.本发明涉及无人机控制技术领域，具体涉及一种活塞式发动机恒转速控制方法。


背景技术：

2.以活塞式发动机为动力的无人直升机，在飞行过程中，需经历悬停、巡航、爬升、下滑、消速和降落等多个过程。通常，在各个工况下需要保证发动机转速稳定，以维持旋翼转速稳定。无人直升机在各个工况下对于发动机的功率需求是在不断变化的；同时该功率需求还受自然环境例如风速、风向的变化影响。若发动机的功率不能及时响应和跟随，会导致发动机转速波动，从而引起无人直升机的旋翼转速波动，进而引发直升机无法保持飞行姿态、悬停高度等问题，直接影响飞行安全。因此需要保证发动机转速控制的精度。
3.对于活塞式汽油发动机来说，存在一个节气门机构，其开闭程度即油门大小，决定了发动机的进气量，进而影响了发动机功率。然而发动机功率随节气门开度变化通常不是线性的，如图1所示为某型发动机功率随节气门开度变化的示意图，随节气门开度增加，发动机功率斜率越来越小，即每增加相同的节气门角度，发动机功率增加越小。传统的，通过节气门开度进行闭环控制，使得实际功率与功率需求存在较大偏差，导致发动机转速控制精度不佳，且存在节气门调整频率更高引发发动机功率响应不及时的问题，进一步的影响无人直升机的飞行质量与飞行安全。


技术实现要素：

4.针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种活塞式发动机恒转速控制方法解决了节气门闭环控制带来的发动机转速波动与无人直升机飞行状态不稳定的问题。
5.为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种活塞式发动机恒转速控制方法，包括以下步骤：
6.s1、通过飞控输入发动机“功率-转速-节气门开度”插值表；
7.s2、设置发动机恒转速目标转速ω0；
8.s3、通过飞控计算当前工况所需发动机前馈功率p1；
9.s4、根据转速闭环控制器计算反馈功率p2；
10.s5、通过飞控设定目标输出功率p0＝p1+p2；
11.s6、根据目标输出功率p0和目标转速ω0，使用“功率-转速-节气门开度”插值表，计算目标节气门开度θ1；
12.s7、通过飞控控制发动机至节气门开度θ1；
13.s8、飞控判断无人直升机的飞行状态是否稳定，若是，则进行步骤s9，否则，返回步骤s4；
14.s9、飞控判断无人直升机收到的操纵输入是否变化，若是，则返回步骤s3，否则返回步骤s4，使发动机转速恒定保持为ω0。
15.进一步地：所述步骤s1具体为：根据发动机手册或发动机厂商提出的测试数据，在
飞控程序中输入发动机“功率-转速-节气门开度”插值表。
16.进一步地：所述步骤s3具体为：发动机驱动皮带传动主减速器与尾减速器，主减速器驱动旋翼，尾减速器驱动尾桨；同时，发动机驱动发电机为机载设备供电；
17.发动机前馈功率计算方法为其中p
旋翼
为旋翼预估需用功率，μ
主减
为主减速器效率，p
尾桨
为尾桨预估需用功率，μ
尾减
为尾减速器效率，μ
传动
为皮带传动效率，p
设备
为机载设备预估需用功率，μ
发电机
为发电机效率。
18.进一步地：所所述步骤s4具体为：因同一节气门开度时，发动机不同转速下功率不同，飞控的转速闭环控制器根据实际转速ω1与目标转速ω0之间的偏差，在发动机“功率-转速-节气门开度”插值表中进行插值，计算反馈功率p2。
19.进一步地：所述步骤s7具体为：飞控控制节气门舵机将节气门开度置于θ1，发动机ecu根据节气门开度控制发动机达目标功率p0。
20.进一步地：所述步骤s9具体为：若无人直升机飞行工况需求变化，则会导致操纵输入变化，从而引起发动机前馈功率变化，即返回步骤s3；若无人直升机飞行工况需求无变化，则飞控持续监控飞行状态计算反馈功率p2，即返回步骤s4。
21.本发明的有益效果为：
22.1.本发明改善了因发动机功率随节气门开度变化不线性导致的需求功率与实际功率偏差，使发动机节气门控制更为精准；
23.2.本发明减少了发动机节气门的调节频率，延长了机械机构寿命；
24.3.本发明降低了无人直升机恒转速模式下的转速波动，提高了无人直升机飞行品质，保障了飞行安全。
附图说明
25.图1为背景技术中发动机功率随节气门变化趋势图；
26.图2为本发明流程图。
具体实施方式
27.下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
28.如图2所示，一种活塞式发动机恒转速控制方法，包括以下步骤：
29.s1、根据发动机手册或发动机厂商提出的测试数据，在飞控程序中输入发动机“功率-转速-节气门开度”插值表。
30.s2、设置发动机恒转速目标转速ω0；
31.s3、通过飞控计算当前工况所需发动机前馈功率p1；
32.发动机驱动皮带传动主减速器与尾减速器，主减速器驱动旋翼，尾减速器驱动尾桨；同时，发动机驱动发电机为机载设备供电；
33.发动机前馈功率计算方法为其中p
旋翼
为旋翼预估需用功率，μ
主减
为主减速器效率，p
尾桨
为尾桨预估需用功率，μ
尾减
为尾减速器效率，μ
传动
为皮带传动效率，p
设备
为机载设备预估需用功率，μ
发电机
为发电机效率。
34.s4、飞控的转速闭环控制器根据实际转速ω1与目标转速ω0之间的偏差，计算反馈功率p2；
35.因同一节气门开度时，发动机不同转速下功率不同，飞控的转速闭环控制器根据实际转速ω1与目标转速ω0之间的偏差，在发动机“功率-转速-节气门开度”插值表中进行插值，计算反馈功率p2。
36.s5、通过飞控设定目标输出功率p0＝p1+p2；
37.s6、根据目标输出功率p0和目标转速ω0，使用“功率-转速-节气门”插值表，计算目标节气门开度θ1；
38.s7、飞控控制节气门舵机将节气门开度置于θ1，发动机ecu根据节气门开度控制发动机达目标功率p0；
39.s8、飞控判断无人直升机的飞行状态是否稳定，若是，则进行步骤s9，否则，返回步骤s4；
40.s9、飞控判断无人直升机收到的操纵输入是否变化，若是，则返回步骤s3，否则返回步骤s4，使发动机转速恒定保持为ω0。
41.若无人直升机飞行工况需求变化，则会导致操纵输入变化，从而引起发动机前馈功率变化，即返回步骤s3；若无人直升机飞行工况需求无变化，则飞控持续监控飞行状态计算反馈功率p2，即返回步骤s4。
42.当活塞式发动机停止工作后，结束流程循环。
43.本发明改善了因发动机功率随节气门开度变化不线性导致的需求功率与实际功率偏差，使发动机节气门控制更为精准；减少了发动机节气门的调节频率，延长了机械机构寿命；降低了无人直升机恒转速模式下的转速波动，提高了无人直升机飞行品质，保障了飞行安全。

技术特征：
1.一种活塞式发动机恒转速控制方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、通过飞控输入发动机“功率-转速-节气门开度”插值表；s2、设置发动机恒转速目标转速ω0；s3、通过飞控计算当前工况所需发动机前馈功率p1；s4、根据转速闭环控制器计算反馈功率p2；s5、通过飞控设定目标输出功率p0＝p1+p2；s6、根据目标输出功率p0和目标转速ω0，使用“功率-转速-节气门开度”插值表，计算目标节气门开度θ1；s7、通过飞控控制发动机至节气门开度θ1；s8、飞控判断无人直升机的飞行状态是否稳定，若是，则进行步骤s9，否则，返回步骤s4；s9、飞控判断无人直升机收到的操纵输入是否变化，若是，则返回步骤s3，否则返回步骤s4，使发动机转速恒定保持为ω0。2.根据权利要求1所述的活塞式发动机恒转速控制方法，其特征在于，所述步骤s1具体为：根据发动机手册或发动机厂商提出的测试数据，在飞控程序中输入发动机“功率-转速-节气门开度”插值表。3.根据权利要求1所述的活塞式发动机恒转速控制方法，其特征在于，所述步骤s3具体为：发动机驱动皮带传动主减速器与尾减速器，主减速器驱动旋翼，尾减速器驱动尾桨；同时，发动机驱动发电机为机载设备供电；发动机前馈功率计算方法为其中p
旋翼
为旋翼预估需用功率，μ
主减
为主减速器效率，p
尾桨
为尾桨预估需用功率，μ
尾减
为尾减速器效率，μ
传动
为皮带传动效率，p
设备
为机载设备预估需用功率，μ
发电机
为发电机效率。4.根据权利要求1所述的活塞式发动机恒转速控制方法，其特征在于，所述步骤s4具体为：因同一节气门开度时，发动机不同转速下功率不同，飞控的转速闭环控制器根据实际转速ω1与目标转速ω0之间的偏差，在发动机“功率-转速-节气门开度”插值表中进行插值，计算反馈功率p2。5.根据权利要求1所述的活塞式发动机恒转速控制方法，其特征在于，所述步骤s7具体为：飞控控制节气门舵机将节气门开度置于θ1，发动机ecu根据节气门开度控制发动机达目标功率p0。6.根据权利要求1所述的活塞式发动机恒转速控制方法，其特征在于，所述步骤s9具体为：若无人直升机飞行工况需求变化，则会导致操纵输入变化，从而引起发动机前馈功率变化，即返回步骤s3；若无人直升机飞行工况需求无变化，则飞控持续监控飞行状态计算反馈功率p2，即返回步骤s4。

技术总结
本发明公开了一种活塞式发动机恒转速控制方法，包括以下步骤：S1、输入发动机“功率-转速-节气门开度”插值表；S2、设置发动机恒转速目标转速ω0；S3、计算当前工况所需发动机前馈功率P1；S4、根据转速闭环控制器计算反馈功率P2；S5、设定目标输出功率P0＝P1+P2；S6、根据目标输出功率P0和目标转速ω0，使用“功率-转速-节气门开度”插值表，计算目标节气门开度θ1；S7、控制发动机至节气门开度θ1；S8、判断无人直升机的飞行状态是否稳定，若是则进行步骤S9，否则返回步骤S4；S9、判断无人直升机收到的操纵输入是否变化，若是则返回步骤S3，否则返回步骤S4，使发动机转速恒定保持为ω0。。。


技术研发人员：彭钧 宋艳平 汪宇峰 王林涛 何晓萍
受保护的技术使用者：四川腾盾科技有限公司
技术研发日：2023.03.03
技术公布日：2023/6/27