CN116639251A - 一种无人机螺旋桨控制系统 - Google Patents

Abstract

本申请属于航空技术领域，特别涉及一种无人机螺旋桨控制系统。包括：综合控制器、动力辅助控制盒以及调速器，其中，所述综合控制器用于接收地面站或地检设备发送的对应螺旋桨控制模式下的输入信息，并根据所述输入信息生成控制指令；所述动力辅助控制盒用于接收所述控制指令，并根据所述控制指令控制所述调速器。本申请的无人机螺旋桨控制系统，采用电传控制，设有三种控制模式，自动控制模式有两种控制策略，既可以实现发动机最大功率转速控制，又可以实现最经济转速控制，可以根据任务需求进行选择；且具有人工调节模式，可以在系统控制出现异常时，人工超控调速器，提高系统的安全性。

Description

一种无人机螺旋桨控制系统

技术领域

本申请属于航空技术领域，特别涉及一种无人机螺旋桨控制系统。

背景技术

无人机是近几年快速发展起来的一种高新技术，活塞螺旋桨发动机和涡轮螺旋桨发动机以其耗油率低、推进效率高、价格便宜等优点，成为了目前大型无人机的主流动力装置，因此螺旋桨产业得到了快速发展。

螺旋桨系统作为飞机发动机功率输出的重要系统，其功能及重要性不言而喻。螺旋桨控制系统是螺旋桨系统的灵魂，根据飞行需要控制螺旋桨以合适的转速工作，是飞-发-桨匹配的关键系统，不仅关系着发动机性能能否得到充分的发挥，同时对飞机安全的又至关重要。现有技术中螺旋桨控制系统还存在成本高、安全性低等问题。

因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。

发明内容

本申请的目的是提供了一种无人机螺旋桨控制系统，以解决现有技术存在的至少一个问题。

本申请的技术方案是：

一种无人机螺旋桨控制系统，包括：综合控制器、动力辅助控制盒以及调速器，其中，

所述综合控制器用于接收地面站或地检设备发送的对应螺旋桨控制模式下的输入信息，并根据所述输入信息生成控制指令；

所述动力辅助控制盒用于接收所述控制指令，并根据所述控制指令控制所述调速器。

在本申请的至少一个实施例中，所述螺旋桨控制模式包括自动控制模式、半自动控制模式以及人工模式，其中，

所述自动控制模式下的第一输入信息包括：最大功率策略、最经济巡航策略；

所述半自动控制模式下的第二输入信息包括：设定转速、最大转速、最小转速；

所述人工模式下的第三输入信息包括：加速指令、减速指令。

在本申请的至少一个实施例中，在自动控制模式下：

所述综合控制器用于接收地面站或地检设备发送的自动控制模式下的第一输入信息，并根据所述第一输入信息生成第一控制指令；

所述动力辅助控制盒用于接收所述第一控制指令，并根据所述第一控制指令控制所述调速器；

所述动力辅助控制盒还用于接收所述调速器反馈的第一位置信息，并将所述第一位置信息发送给所述综合控制器；

所述综合控制器还用于根据所述第一输入信息以及所述第一位置信息生成第一控制指令。

在本申请的至少一个实施例中，所述第一位置信息包括调速器阻值状态以及发动机转速。

在本申请的至少一个实施例中，在自动控制模式下：

所述综合控制器还用于接收FADEC发送的发动机转速，并当FADEC发送的发动机转速与所述第一位置信息中的发动机转速偏差大于20rpm时，根据所述第一输入信息、所述第一位置信息以及FADEC发送的发动机转速生成第一控制指令。

在本申请的至少一个实施例中，在半自动控制模式下：

所述综合控制器用于接收地面站或地检设备发送的半自动控制模式下的第二输入信息，并根据所述第二输入信息生成第二控制指令；

所述动力辅助控制盒用于接收所述第二控制指令，并根据所述第二控制指令控制所述调速器；

所述动力辅助控制盒还用于接收所述调速器反馈的第二位置信息，并将所述第二位置信息发送给所述综合控制器；

所述综合控制器还用于根据所述第二输入信息以及所述第二位置信息生成第二控制指令。

在本申请的至少一个实施例中，所述第二位置信息包括调速器阻值状态以及发动机转速。

在本申请的至少一个实施例中，在半自动控制模式下：

所述综合控制器还用于接收FADEC发送的发动机转速，并当FADEC发送的发动机转速与所述第二位置信息中的发动机转速偏差大于20rpm时，根据所述第二输入信息、所述第二位置信息以及FADEC发送的发动机转速生成第二控制指令。

在本申请的至少一个实施例中，在人工模式下：

所述综合控制器用于接收地面站或地检设备发送的人工模式下的第三输入信息，并根据所述第三输入信息生成第三控制指令；

所述动力辅助控制盒用于接收所述第三控制指令，并根据所述第三控制指令控制所述调速器。

在本申请的至少一个实施例中，

所述动力辅助控制盒还用于接收所述调速器反馈的第三位置信息，并将所述第三位置信息发送给所述综合控制器，所述第三位置信息包括调速器阻值状态以及调速器电流；

当所述第三位置信息中的调速器阻值状态到达调速器最大转速止动位或调速器最小转速止动位时，所述综合控制器停止向所述动力辅助控制盒发送控制指令；

当所述第三位置信息中的调速器阻值状态到达调速器最大转速止动位或调速器最小转速止动位，或调速器电流达到堵转电流时，所述动力辅助控制盒切断对调速器的供电。

发明至少存在以下有益技术效果：

本申请的无人机螺旋桨控制系统，采用电传控制，设有三种控制模式，自动控制模式有两种控制策略，既可以实现发动机最大功率转速控制，又可以实现最经济转速控制，可以根据任务需求进行选择；半自动控制模式可以根据用户需要，任意设置螺旋桨控制转速；且具有人工调节模式，可以在系统控制出现异常时，人工超控调速器，提高系统的安全性。

附图说明

图1是本申请一个实施方式的无人机螺旋桨控制系统示意图；

图2是本申请一个实施方式的螺旋桨控制模式控制示意图；

图3是本申请一个实施方式的半自动控制模式控制示意图；

图4是本申请一个实施方式的人工模式控制示意图。

其中：

1-综合控制器；2-动力辅助控制盒；3-调速器。

具体实施方式

为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施例进行详细说明。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。

下面结合附图1至图4对本申请做进一步详细说明。

本申请提供了一种无人机螺旋桨控制系统，包括：综合控制器1、动力辅助控制盒2以及调速器3。

具体的，综合控制器1用于接收地面站或地检设备发送的对应螺旋桨控制模式下的输入信息，并根据输入信息生成控制指令；动力辅助控制盒2用于接收控制指令，并根据控制指令控制调速器3。

本申请的无人机螺旋桨控制系统，是恒速电控液压变距螺旋桨系统，设有三种控制模式，自动控制模式、半自动控制模式以及人工模式。

在本申请的优选实施方式中，自动控制模式下的第一输入信息包括：最大功率策略、最经济巡航策略。自动控制模式既可以实现发动机最大功率转速控制，又可以实现最经济转速控制。本实施例中，在自动控制模式下：综合控制器1用于接收地面站或地检设备发送的自动控制模式下的第一输入信息，并根据第一输入信息生成第一控制指令；动力辅助控制盒2用于接收第一控制指令，并根据第一控制指令控制调速器3；动力辅助控制盒2还用于接收调速器3反馈的第一位置信息，并将第一位置信息发送给综合控制器1；综合控制器1还用于根据第一输入信息以及第一位置信息生成第一控制指令。

本申请的无人机螺旋桨控制系统，在自动控制模式下，可以选择最大功率策略或最经济巡航策略，通过地面站或地检设备输入选择的策略，系统默认为最大功率策略。综合控制器1会根据选择的策略自动输出控制指令到动力辅助控制盒2，动力辅助控制盒2根据接收到的控制指令驱动调速器3的调速电机正转或者反转，并根据调速器2反馈的调速器阻值状态以及发动机转速对螺旋桨转速进行闭环控制，控制螺旋桨转速到需要的转速。

在本申请的优选实施方式中，半自动控制模式下的第二输入信息包括：设定转速、最大转速、最小转速。半自动控制模式可以根据用户需要，任意设置螺旋桨控制转速。本实施例中，在半自动控制模式下：综合控制器1用于接收地面站或地检设备发送的半自动控制模式下的第二输入信息，并根据第二输入信息生成第二控制指令；动力辅助控制盒2用于接收第二控制指令，并根据第二控制指令控制调速器3；动力辅助控制盒2还用于接收调速器3反馈的第二位置信息，并将第二位置信息发送给综合控制器1；综合控制器1还用于根据第二输入信息以及第二位置信息生成第二控制指令。

本申请的无人机螺旋桨控制系统，在半自动控制模式下需要设定螺旋桨转速，通过地面站或地检设备输入需要的转速数值，也可以直接选择最大转速或者最小转速。综合控制器1会根据接收的螺旋桨转速自动输出控制指令到动力辅助控制盒2，动力辅助控制盒2根据接收到的控制指令驱动调速器3的调速电机正转或者反转，并根据调速器2反馈的调速器阻值状态以及发动机转速对螺旋桨转速进行闭环控制，控制螺旋桨转速到需要的转速。

有利的是，本实施例中，在自动控制模式下：综合控制器1还用于接收FADEC发送的发动机转速，并当FADEC发送的发动机转速与第一位置信息中的发动机转速偏差大于20rpm时，根据第一输入信息、第一位置信息以及FADEC发送的发动机转速生成第一控制指令。同理，在半自动控制模式下：综合控制器1还用于接收FADEC发送的发动机转速，并当FADEC发送的发动机转速与第二位置信息中的发动机转速偏差大于20rpm时，根据第二输入信息、第二位置信息以及FADEC发送的发动机转速生成第二控制指令。在自动控制模式和半自动控制模式，如果飞行中检测到FADEC发送的发动机转速与目标转速偏差大于20rpm，系统软件通过综合控制器1输出加速或者减速指令给动力辅助控制盒2，驱动调速器3的调速电机正转或者反转，使得发动机转速回到目标转速。

在本申请的优选实施方式中，人工模式下的第三输入信息包括：加速指令、减速指令。人工模式可以在系统控制出现异常时，通过人工超控调速器，提高系统的安全性。在人工模式下：综合控制器1用于接收地面站或地检设备发送的人工模式下的第三输入信息，并根据第三输入信息生成第三控制指令；动力辅助控制盒2用于接收第三控制指令，并根据第三控制指令控制调速器3。

本申请的无人机螺旋桨控制系统，在人工模式下，主要是在螺旋桨出现异常时以及地面维护时，通过在地面站或地检设备控制加速、减速指令，综合控制器1会输出固定时常的调速器运动时间，从而通过动力辅助控制盒2改变调速器的当前位置，使调速器3运动到正常的状态。发动机工作过程中，如果调速器长时间位于无效位置状态，并使得螺旋桨转速无法控制到需要的转速，此时可以将螺旋桨控制模式切换到人工模式，人工输入加速或者减速指令，使调速器运动一定行程，恢复到有效位置，然后再根据需要选择螺旋桨的控制模式。

在本申请的优选实施方式中，系统具有螺旋桨调速器的位置指示功能，以及到位自动切断功能以及堵转保护功能。本实施例中，动力辅助控制盒2还用于接收调速器3反馈的第三位置信息，并将第三位置信息发送给综合控制器1，第三位置信息包括调速器阻值状态以及调速器电流；当第三位置信息中的调速器阻值状态到达调速器最大转速止动位或调速器最小转速止动位时，综合控制器1停止向动力辅助控制盒2发送控制指令；当第三位置信息中的调速器阻值状态到达调速器最大转速止动位或调速器最小转速止动位，或调速器电流达到堵转电流时，动力辅助控制盒2切断对调速器3的供电。在转速调节的过程中，一旦调速器3位置到达最大或最小转速止动位，综合控制器1立即停止控制指令输出，同时动力辅助控制盒2一旦检测到调速器位置到达最大或最小转速止动位，通过硬件电路切断对调速器3的供电；或者动力辅助控制盒2一旦检测到调速器3的电流达到堵转电流时，立即切断对调速器3的供电。

在本申请的一个具体实施方式中，当需要起动发动机时，若选择的螺旋桨控制模式为自动控制模式，系统会自动控制螺旋桨转速到达当前油门对应的最大转速，并根据调速器的位置信息，对螺旋桨转速进行闭环控制，一旦检测到调速器位置不在最大转速止动位，立即输出加速指令给动力辅助控制盒2，动力辅助控制盒2会控制调速器3进行正转，直到调速器3位置回到最大转速止动位。在该模式下，飞行前需要选择是使用最大功率飞行还是最经济巡航飞行，如果选择最大功率飞行，螺旋桨控制软件会自动控制螺旋桨转速到达当前油门对应的最大转速。如果选择最经济巡航，在巡航阶段，如果发动机油门位于巡航油门范围，系统会自动控制螺旋桨转速到达发动机最经济巡航转速。

本申请的无人机螺旋桨控制系统，具有自动控制模式、半自动控制模式和人工模式。在自动控制模式下，系统能够自动控制螺旋桨转速到每个发动机油门状态对应的最大转速，确保发动机在每个油门状态可以输出最大功率，或系统能够自动控制螺旋桨转速到发动机最经济巡航转速，实现最经济转速控制；在半自动控制模式下，机组可以根据需求，设置最佳螺旋桨转速；在人工模式下，可以根据需要使得调速器运动一定的行程，此模式主要在系统出现异常时使用。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种无人机螺旋桨控制系统，其特征在于，包括：综合控制器(1)、动力辅助控制盒(2)以及调速器(3)，其中，

所述综合控制器(1)用于接收地面站或地检设备发送的对应螺旋桨控制模式下的输入信息，并根据所述输入信息生成控制指令；

所述动力辅助控制盒(2)用于接收所述控制指令，并根据所述控制指令控制所述调速器(3)。

2.根据权利要求1所述的无人机螺旋桨控制系统，其特征在于，所述螺旋桨控制模式包括自动控制模式、半自动控制模式以及人工模式，其中，

所述自动控制模式下的第一输入信息包括：最大功率策略、最经济巡航策略；

所述半自动控制模式下的第二输入信息包括：设定转速、最大转速、最小转速；

所述人工模式下的第三输入信息包括：加速指令、减速指令。

3.根据权利要求2所述的无人机螺旋桨控制系统，其特征在于，在自动控制模式下：

所述综合控制器(1)用于接收地面站或地检设备发送的自动控制模式下的第一输入信息，并根据所述第一输入信息生成第一控制指令；

所述动力辅助控制盒(2)用于接收所述第一控制指令，并根据所述第一控制指令控制所述调速器(3)；

所述动力辅助控制盒(2)还用于接收所述调速器(3)反馈的第一位置信息，并将所述第一位置信息发送给所述综合控制器(1)；

所述综合控制器(1)还用于根据所述第一输入信息以及所述第一位置信息生成第一控制指令。

4.根据权利要求3所述的无人机螺旋桨控制系统，其特征在于，所述第一位置信息包括调速器阻值状态以及发动机转速。

5.根据权利要求4所述的无人机螺旋桨控制系统，其特征在于，在自动控制模式下：

所述综合控制器(1)还用于接收FADEC发送的发动机转速，并当FADEC发送的发动机转速与所述第一位置信息中的发动机转速偏差大于20rpm时，根据所述第一输入信息、所述第一位置信息以及FADEC发送的发动机转速生成第一控制指令。

6.根据权利要求2所述的无人机螺旋桨控制系统，其特征在于，在半自动控制模式下：

所述综合控制器(1)用于接收地面站或地检设备发送的半自动控制模式下的第二输入信息，并根据所述第二输入信息生成第二控制指令；

所述动力辅助控制盒(2)用于接收所述第二控制指令，并根据所述第二控制指令控制所述调速器(3)；

所述动力辅助控制盒(2)还用于接收所述调速器(3)反馈的第二位置信息，并将所述第二位置信息发送给所述综合控制器(1)；

所述综合控制器(1)还用于根据所述第二输入信息以及所述第二位置信息生成第二控制指令。

7.根据权利要求6所述的无人机螺旋桨控制系统，其特征在于，所述第二位置信息包括调速器阻值状态以及发动机转速。

8.根据权利要求7所述的无人机螺旋桨控制系统，其特征在于，在半自动控制模式下：

所述综合控制器(1)还用于接收FADEC发送的发动机转速，并当FADEC发送的发动机转速与所述第二位置信息中的发动机转速偏差大于20rpm时，根据所述第二输入信息、所述第二位置信息以及FADEC发送的发动机转速生成第二控制指令。

9.根据权利要求2所述的无人机螺旋桨控制系统，其特征在于，在人工模式下：

所述综合控制器(1)用于接收地面站或地检设备发送的人工模式下的第三输入信息，并根据所述第三输入信息生成第三控制指令；

所述动力辅助控制盒(2)用于接收所述第三控制指令，并根据所述第三控制指令控制所述调速器(3)。

10.根据权利要求1所述的无人机螺旋桨控制系统，其特征在于，

所述动力辅助控制盒(2)还用于接收所述调速器(3)反馈的第三位置信息，并将所述第三位置信息发送给所述综合控制器(1)，所述第三位置信息包括调速器阻值状态以及调速器电流；

当所述第三位置信息中的调速器阻值状态到达调速器最大转速止动位或调速器最小转速止动位时，所述综合控制器(1)停止向所述动力辅助控制盒(2)发送控制指令；

当所述第三位置信息中的调速器阻值状态到达调速器最大转速止动位或调速器最小转速止动位，或调速器电流达到堵转电流时，所述动力辅助控制盒(2)切断对调速器(3)的供电。