[发明专利]一种倾转旋翼无人机发动机控制系统

说明书

本发明涉及一种倾转旋翼无人机发动机控制系统，适用于中型油动倾转无人机。系统包括信息采集模块与控制模块两部分。信息采集模块主要采集发动机各项参数，以及与发动机ECU系统、控制模块的信息交互；控制模块根据信息采集模块得到的发动机各项参数，采用一种滑模控制与PID控制相结合的控制策略，以适应无人机在直升机模式、固定翼模式以及直升机与固定翼之间的过渡模式。

技术领域

本发明涉及无人机飞行控制领域，具体地说是一种倾转旋翼无人机发动机控制系统。

背景技术

倾转旋翼飞行器在保证固定翼高速巡航的前提下，兼具旋翼飞行器的垂直起降能力，起降受场地限制较小，有很高的灵活性，在军事方面具有广阔的应用领域。美国先后继续研制出XV-15，V-22等系列倾转旋翼机，其中V22在机翼两端各有一倾转机构，推动旋翼向上或向前，分别用于直升机垂直起降或悬停以及固定翼飞行阶段。倾转旋翼无人机的发展较晚，基于V22“鱼鹰”有人驾驶倾转旋翼机的基础上，美国贝尔实验室研制的V247无人机日前在两栖攻击舰上完成了起降。该无人机将用于执行查证识别目标、导弹通信中继、校正对岸攻击、毁伤效能评估、协助临检拿捕等。

倾转旋翼无人机包括三种模态：直升机模态、固定翼模态以及倾转模态。在每个模态下，发动机工作状态均不同，特别是倾转模态下，无人机在直升机与固定翼状态进行转换，若发动机存在匹配不当的情况，整机飞行姿态稳定性会有很大的风险。因此发动机控制系统在倾转旋翼无人机整个飞行任务中起到非常重要作用。

目前，国际上越来越多的研究机构相继开展倾转旋翼无人机的研究，我国目前也开展此类无人机的研究，在发动机控制系统上，也取得了一些研究成果。但是这些研究都是在小型电动无人机模型上建立的，不能用于油动无人机。油动系统在响应、匹配上与电动机有着很大的不同，在倾转过渡态上，油动系统受到限制很多；另外传统的PID系统超调与稳态性能之间存在矛盾，因此需要进行更系统的研究。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种倾转旋翼无人机发动机控制系统，实现倾转无人机发动机控制系统，实现无人机在执行空中任务过程中的发动机监控，从而达到无人机在全状态下安全稳定运行的目的。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种倾转无人机发动机控制系统，包括：

信息采集模块，用于通过串口获取发动机转速，并发送至控制模块，将发动机控制率通过串口发出，进而控制发动机转速；

控制模块，用于根据接收的发动机转速，通过滑膜控制器得到发动机控制率，输出至信息采集模块。

所述信息采集模块包括主处理器以及与其连接的RS232串口、RS485串口，CAN总线；

所述主处理器，用于通过RS485串口接收发动机ECU反馈的发动机转速，通过RS232串口发送至控制模块，并通过RS232串口接收控制模块发来的发动机控制率，经RS485串口发送至发动机ECU；通过CAN总线与发动机备用ECU连接。

所述滑膜控制器的切换函数具有以下比例+积分+微分的形式：

其中，s(σ)表示切换曲面，k₁、k₂、k₃分别为比例系数、积分系数、微分系数；y_d为期待转速，y为实际发动机转速，e为闭环控制的转速误差，有e＝y_d-y。

所述滑膜控制器输出的发动机控制率u如下：