一种基于分布式架构的无人机发动机控制系统及方法
本发明公开了一种基于分布式架构的无人机发动机控制系统及方法，涉及无人机活塞动力控制技术领域。二冲程水平对置四缸发动机的第一气缸、第二气缸设置有第一传感器组和第一执行器，且第一传感器组和第一执行器与第一控制单元通信连接；二冲程水平对置四缸发动机的第三气缸、第四气缸设置有第二传感器组和第二执行器，且第二传感器组和第二执行器与第二控制单元通信连接；第一控制单元和第二控制单元通过CAN总线连接；第一控制单元和第二控制单元均与地面飞控通信连接。本发明对于故障及时判断并采取相应控制策略，降低了无人机发生事故的概率，提高了无人机工作的安全冗余度。
发明专利
CN202311644260.8
2023-12-04
CN117404194A
2024-01-16
F02D29/02(2006.01)
西安交通大学
杨博;吴欣宸;董霈;刘兵
710049 陕西省西安市咸宁西路28号
北京睿智保诚专利代理事务所(普通合伙)
杜娟
陕西;61
1.一种基于分布式架构的无人机发动机控制系统，其特征在于， 二冲程水平对置四缸发动机的第一气缸、第二气缸设置有第一传感器组和第一执行器，且第一传感器组和第一执行器与第一控制单元通信连接； 二冲程水平对置四缸发动机的第三气缸、第四气缸设置有第二传感器组和第二执行器，且第二传感器组和第二执行器与第二控制单元通信连接； 第一控制单元和第二控制单元通过CAN总线连接； 第一控制单元和第二控制单元均与地面飞控通信连接。 2.根据权利要求1所述的一种基于分布式架构的无人机发动机控制系统，其特征在于， 第一传感器组包括但不限于：第一曲轴位置传感器、第一节气门位置传感器、第一缸盖温度传感器、第二缸盖温度传感器； 第二传感器组包括但不限于：第二曲轴位置传感器、第二节气门位置传感器、第三缸盖温度传感器、第三缸盖温度传感器。 3.根据权利要求1所述的一种基于分布式架构的无人机发动机控制系统，其特征在于， 第一控制单元和第二控制单元结构相同，均包括传感器接口电路、微处理器、功率驱动电路、通信处理电路； 其中，传感器接口电路、功率驱动电路、通信处理电路均与微处理器连接。 4.根据权利要求3所述的一种基于分布式架构的无人机发动机控制系统，其特征在于， 第一控制单元和第二控制单元还包括用于供电的电源模块。 5.一种基于分布式架构的无人机发动机控制方法，其特征在于，应用于权利要求1-4任一项所述的一种基于分布式架构的无人机发动机控制系统，包括以下步骤： S1、二冲程水平对置四缸发动机进入工作状态时，第一控制单元持续采集第一传感器组和第一执行器的数据，得到第一数据集；第二控制单元持续采集第一传感器组和第二执行器的数据，得到第二数据集； S2、第一控制单元和第二控制单元通过CAN接口通信进行第一数据集和第二数据集的传输； S3、第一控制单元和第二控制单元分别对第一数据集和第二数据集进行分析比对，判断数据间差异是否超过阈值； S4、若超过阈值，第一控制单元和第二控制单元判断故障位置并累加错误代码告知地面飞控，同时采取针对当前故障的应对策略，保证无人机安全工作。 6.根据权利要求5所述的一种基于分布式架构的无人机发动机控制方法，其特征在于， S1中第一数据集包括：第一曲轴角度、第一气缸缸盖温度、第二气缸缸盖温度、第一节气门开度、第一执行器数据；第二数据集包括：第二曲轴角度、第三气缸缸盖温度、第四气缸缸盖温度、第二节气门开度、第二执行器数据。 7.根据权利要求6所述的一种基于分布式架构的无人机发动机控制方法，其特征在于， S3中的阈值为通过实验标定获得。 8.根据权利要求7所述的一种基于分布式架构的无人机发动机控制方法，其特征在于， S3的具体内容包括： 判断第一曲轴角度与第二曲轴角度差值是否偏离180°； 判断第一气缸缸盖温度、第二气缸缸盖温度、第三气缸缸盖温度、第四气缸缸盖温度是否异常； 对比判断第一节气门开度、第二节气门开度是否一致； 判断第一执行器数据和第二执行器数据是否正常。 9.根据权利要求8所述的一种基于分布式架构的无人机发动机控制方法，其特征在于， S4的具体内容包括： 当第一曲轴角度与第二曲轴角度差值偏离180°时，确定发生故障的传感器，以正常工作的曲轴角度传感器的角度值加180°替代故障的曲轴角度传感器的值，同时，根据故障数量累加故障代码crank_sensor_err，此值大于等于2时向地面飞控发送降落请求； 当第一气缸缸盖温度、第二气缸缸盖温度、第三气缸缸盖温度、第四气缸缸盖温度中的一个或多个温度异常，则说明对应的气缸温度传感器发生故障，根据故障数量累加故障等级代码tem_sensor_err，此值大于等于2时向地面飞控发送降落请求； 若第一节气门开度、第二节气门开度不一致，则通过缸盖温度、转速曲线来判断是机械同步结构故障还是第一节气门位置传感器和/或第一节气门位置传感器故障；若是第一节气门位置传感器和/或第一节气门位置传感器故障，将正常工作的气门位置传感器发来的开度替代故障气门位置传感器的开度进行下一步发动机控制，根据故障数量累加故障等级代码throttle_sensor_err，此值大于等于2时向地面飞控发送降落请求；若是机械同步结构故障，加大机械同步结构正常缸的功率，直接请求降落； 若执行器信号异常，则采集缸温、转速信号分析变化趋势，若缸温、转速信号也异常，说明执行器故障，立即加大另一个正常工作的控制单元控制的气缸功率，报告地面飞控，由地面飞控决定是否降落检查维修；若缸温、转速信号正常，控制单元检查自身模块是否故障并记录故障类型，报告地面飞控，由地面飞控决定是否降落检查维修。 10.根据权利要求9所述的一种基于分布式架构的无人机发动机控制方法，其特征在于， 还包括第一控制单元和第二控制单元部分模块异常： 当某个模块发生故障后，对应控制单元判断发生故障的模块和故障类型并告知地面飞控，由地面飞控决定是否给无人机下达降落指令。