CN111425324B - 一种无人机用微型混合动力系统的起动控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种无人机用微型混合动力系统的起动控制方法，包括：ECU获取曲轴位置传感器和凸轮轴位置传感器信号；驱动混动系统的电机反转预设角度；根据反转过程中产生的位置信号和曲轴运动状态确定活塞组件位置，并驱动电机反转至确定位置；正常驱动电机，起动混动系统，控制过程结束。本发明解决混动系统中活塞组件加速行程短、起动困难的问题。

Description

一种无人机用微型混合动力系统的起动控制方法
技术领域
本发明属于混动系统起动控制技术领域，具体涉及一种无人机用微型混合动力系统的起动控制方法。
背景技术
对于混动系统整体性能的评价,其起动成功率是考评条件之一。如果起动阻力过大，导致活塞组件起动时不能越过上止点，除了起动失败，可能还会造成反转或反冲现象，对于某些禁止主轴反转的设备或场合来说，有不可估量的危害和隐患。
微型无人机混动系统可以有效解决电动无人机续航时间短，负载能力弱的问题。无人机用微型混动系统主要由小排量二冲程活塞机与发电机构成。因为二冲程发动机本身功率不高，并且由于气缸数较少、工作方式较粗暴、混合气不够均匀、阻力矩波动大等原因，使其起动成功变得十分困难，这阻碍了无人机混动系统和起动发电一体化技术的发展。
对于起动阻力矩大的混动系统，活塞组件在运行至上止点时速度很小甚至不能越过上止点，主要是因为活塞加速行程短，无法达到预期速度。
发明内容
本发明的目的是提供一种无人机用微型混合动力系统的起动控制方法，解决混动系统中活塞组件加速行程短、起动困难的问题。
本发明提供了如下的技术方案：
一种无人机用微型混合动力系统的起动控制方法，包括：
ECU获取曲轴位置传感器和凸轮轴位置传感器信号；
驱动混动系统的电机反转预设角度；
根据反转过程中产生的位置信号和曲轴运动状态确定活塞组件位置，并驱动电机反转至确定位置；
正常驱动电机，起动混动系统，控制过程结束。
优选的，驱动混动系统电机按照正常工作时相反的旋转方向旋转150°至180°的机械角度，在电机反转过程中，实时检测曲轴转过的角度以及凸轮轴对应的上止点信号，在反转结束时，立即检测曲轴运动状态。
优选的，根据反转过程中产生的位置信号和曲轴运动状态确定活塞组件位置的方法，包括以下步骤：
ECU读取曲轴位置传感器信号和凸轮轴位置信号，判断当前曲轴是否在运动；
ECU读取曲轴位置传感器信号和凸轮轴位置信号，判断是否出现正时信号，即活塞上止点信号；
ECU根据曲轴的运动状态以及上止点信号，确定各缸活塞的位置。
优选的，以活塞上止点和下止点的中点为界限，结合活塞的运动状态，将活塞位置分为四个区间，根据曲轴的运动状态以及上止点信号，确定活塞位置区间的方法，包括以下步骤：
曲轴由于惯性仍在运动，凸轮轴上止点信号出现在曲轴90°至180°范围内，此时可判断活塞组件在区间一内，ECU驱动电机继续反转180°，活塞到达预定区间三；
曲轴由于惯性仍在运动，凸轮轴上止点信号出现在曲轴0至90°范围内，此时可判断活塞组件在区间二内，ECU驱动电机继续反转90°，活塞到达预定区间三；
曲轴由于惯性仍在运动，未检测到凸轮轴上止点信号，此时可判断活塞组件在区间四内，反转结束时活塞已到达预定区间三；
曲轴由于接近上止点阻力过大，曲轴停止转动，未检测到凸轮轴上止点信号，此时可判断活塞组件在区间三内，活塞一直在区间三。
本发明的有益效果是：本发明利用电机反转和过程中产生的位置信号，将混动系统的电机驱动反转至确定位置，再正常起动，可有效加大活塞组件加速行程，利用惯性克服起动阻力进行起动控制，大幅提高起动成功率。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明原理示意图；
图2是本发明采用曲轴和凸轮轴位置传感器信号图；
图3是本发明采用活塞位置划分区间示意图。
具体实施方式
如图1所示，一种无人机用微型混合动力系统的起动控制方法，具体步骤为：
ECU获取曲轴位置传感器和凸轮轴位置传感器信号；如附图2所示，所获取的曲轴和凸轮轴位置传感器信号为脉冲信号，其中曲轴位置信号有一段较宽的正时信号，凸轮轴位置信号除了具有和曲轴位置信号同时产生的正时信号(上止点信号)外，每隔180°还会产生一个上止点信号。
驱动混动系统的电机反转预设角度；
驱动混动系统电机按照正常工作时相反的旋转方向旋转150°至180°的机械角度，以六步换相法驱动的带霍尔位置传感器的无刷电机为优选实例，电机反转只需将位置传感器的编码数组重新编序，如表1所示：
正转 010 100 011 000 001 101
反转 101 011 100 001 000 010
表1
而旋转角度由公式1确定：
Figure BDA0002433870330000043
其中，θ是电机旋转的机械角度；
Figure BDA0002433870330000041
是电机旋转的电角度，可以由程序驱动控制；p是电机的极对数。
在电机反转过程中，实时检测曲轴转过的角度以及凸轮轴对应的上止点信号，在反转结束时，立即检测曲轴运动状态。其中曲轴转过的角度由获得的脉冲个数和单位脉冲对应的机械转角计算得到，上止点信号由脉冲宽度识别，曲轴运动状态可通过脉冲的低电平持续时间判断。
如图3所示，根据反转过程中产生的位置信号和曲轴运动状态确定活塞组件位置，并驱动电机反转至确定位置；
以活塞上止点TDC和下止点BDC的中点MDC为界限，结合活塞的运动状态，可将活塞位置分为四个区间，如表2所示：
Figure BDA0002433870330000042
表2
根据曲轴的运动状态以及上止点信号，确定活塞区间的方法，如表3所示：
活塞区间 曲轴运动状态 上止点信号出现区间
区间1 反转 90°至180°
区间2 反转 0至90°
区间3 停止 无
区间4 反转 无
表3
根据活塞区间驱动电机至预定位置的计算，如表4所示：
活塞区间 驱动角度 电机预定位置
区间1 反转180° 区间3
区间2 反转90° 区间3
区间3 无 区间3
区间4 无 区间3
表4
具体的，在反转结束时，可能会出现四种状态。
状态1，曲轴由于惯性仍在运动，凸轮轴上止点信号出现在曲轴90°至180°范围内，此时可判断活塞组件在区间1内，于是ECU驱动电机继续反转180°，活塞到达预定区间3；
状态2，曲轴由于惯性仍在运动，凸轮轴上止点信号出现在曲轴0至90°范围内，此时可判断活塞组件在区间2内，于是ECU驱动电机继续反转90°，活塞到达预定区间3；
状态3，曲轴由于惯性仍在运动，未检测到凸轮轴上止点信号，此时可判断活塞组件在区间4内，反转结束时活塞已到达预定区间3；
状态4，曲轴由于接近上止点阻力过大，曲轴停止转动，未检测到凸轮轴上止点信号，此时可判断活塞组件在区间3内，活塞一直在区间3。
最后，正常驱动电机，起动混动系统，控制过程结束。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种无人机用微型混合动力系统的起动控制方法，其特征在于，包括：
ECU获取曲轴位置传感器和凸轮轴位置传感器信号；
驱动混动系统的电机反转预设角度；
根据反转过程中产生的位置信号和曲轴运动状态确定活塞组件位置，并驱动电机反转至确定位置；
正常驱动电机，起动混动系统，控制过程结束；
根据反转过程中产生的位置信号和曲轴运动状态确定活塞组件位置的方法，包括以下步骤：
ECU读取曲轴位置传感器信号和凸轮轴位置信号，判断当前曲轴是否在运动；
ECU读取曲轴位置传感器信号和凸轮轴位置信号，判断是否出现正时信号，即活塞上止点信号；
ECU根据曲轴的运动状态以及上止点信号，确定各缸活塞的位置；
以活塞上止点和下止点的中点为界限，结合活塞的运动状态，将活塞位置分为四个区间，根据曲轴的运动状态以及上止点信号，确定活塞位置区间的方法，包括以下步骤：
曲轴由于惯性仍在运动，凸轮轴上止点信号出现在曲轴90°至180°范围内，此时可判断活塞组件在区间一内，ECU驱动电机继续反转180°，活塞到达预定区间三；
曲轴由于惯性仍在运动，凸轮轴上止点信号出现在曲轴0至90°范围内，此时可判断活塞组件在区间二内，ECU驱动电机继续反转90°，活塞到达预定区间三；
曲轴由于惯性仍在运动，未检测到凸轮轴上止点信号，此时可判断活塞组件在区间四内，反转结束时活塞已到达预定区间三；
曲轴由于接近上止点阻力过大，曲轴停止转动，未检测到凸轮轴上止点信号，此时可判断活塞组件在区间三内，活塞一直在区间三。
2.根据权利要求1所述的一种无人机用微型混合动力系统的起动控制方法，其特征在于，驱动混动系统电机按照正常工作时相反的旋转方向旋转150°至180°的机械角度，在电机反转过程中，实时检测曲轴转过的角度以及凸轮轴对应的上止点信号，在反转结束时，立即检测曲轴运动状态。
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