(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010540672.7
(22)申请日 2020.06.15
(71)申请人 西安爱生技术集团公司
地址 710065 陕西省西安市沣惠南路34号
申请人 西北工业大学
(72)发明人 林凡涌 杨常伟 庞骥庭 赵娜
任嘉鑫
(74)专利代理机构 西北工业大学专利中心
61204
代理人 刘新琼
(51)Int.Cl.
B64D 31/02(2006.01)
F02C 7/26(2006.01)
(54)发明名称
一种无人机启发系统及一体控制方法
(57)摘要
本发明涉及一种无人机启发系统及一体控
制方法，该系统有控制系统、供电系统及伺服系
接触器闭合，闭合的接触器使得机载启动电源正
极导通，此时机载启动电源输出大功率电能，以
驱动起动电机转动，由于惯性质量力使得起动电
大齿轮啮合，从动大齿轮又通过发动机上的半联
轴器组件带动发动机曲轴转动，从而使发动机完
成压缩燃烧做功，以实现一键起动发动机的功
能。权利要求书1页 说明书4页 附图2页CN 111746806 A 2020.10.09
C N 111746806
A
1.一种无人机启发系统，其特征在于包括控制系统、供电系统及伺服系统，控制系统由机载计算机、机载接触器、发动机电喷控制单元组成，输出控制信号和采集发动机转速，实现起动电机转动和停止及喷油；供电系统有机载启动电源和若干电缆组成，为起动电机提供能量；伺服系统由起动电机、甩动齿轮、传动轴组成，带动发动机起动；无人机收到地面站发出起动指令后，由机载计算机产生并输出启动控制信号，驱动机载接触器闭合，闭合的接触器使得机载启动电源正极导通，此时机载启动电源输出大功率电能，以驱动起动电机转动，由于惯性质量力使得起动电机上甩动齿轮迅速被甩出并与发动机上的从动大齿轮啮合，从动大齿轮又通过发动机上的半联轴器组件带动发动机曲轴转动，从而使发动机完成压缩燃烧做功，以实现一键起动发动机的功能。
2.一种基于权利要求1所述的系统实现的无人机启发一体控制方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：无人机上电后，数据链锁定正常，无人机能够正确执行左、右盘指令，打开无人机机体上的供电开关；
步骤2：地面站确认无人机螺旋桨附近无人员，打开控制面板供电保护开关，按下启动开关；
步骤3：机载计算机T1时间内收到地面站发出N次指令，判断指令N次指令中是否有M次为启动指令，若大于等于M次指令，则执行启动指令，若小于M次则不启动，等待下一个T1时间；
步骤4：机载计算机执行启动指令，打开油泵同时设置喷油时间为T2，将节气门开度设置为N1，输出控制信号U1电压；
步骤5：机载接触器收到机载计算机输出的U1电压，若U1大于阈值电压U2，则机载接触器处于导通状态，否则处于关断状态；
步骤6：机载接触器导通后，机载启动电源短时间输出大于A1的电流，U2电压，以驱动起动电机转动，并带动发动机曲轴转动，最终发动机正常起动工作；
步骤7：机载计算机判断发动机转速R及输出控制信号U1的时间T3，若R大于N2或者T3大于T4，则输出控制信号为U3，此时U3小于U2，则机载接触器处于关断状态，机载启动电源不输出大功率电能。
权 利 要 求 书1/1页CN 111746806 A
一种无人机启发系统及一体控制方法
技术领域
[0001]本发明涉及无人机领域，具体地说，是指一种无人机发动机启发一体设计方法及控制策略。
背景技术
[0002]固定翼无人机启动系统一般由发射运输车、启动装置(含车载启动机及机械结构)、车载起动电源和发动机启动爪组成。发动机启动时通过吊车将飞机放置在发射架上，手动调节启动装置，实现其启动机传动轴与发动机的启动爪对接，手动打开车载起动电源供电启动机后，启动机与发动机连动，实现发动机最终启动。随着无人机系统的迅猛发展，特别是无人机数量的激增，尤其是固定翼无人机，对发动机启动的便捷性、快速性提出了更高的要求。
[0003]现有发射运输车自带启动装置，手动调节启动装置的机械结构实现启动电机的传动轴与启动爪对接，由于发动机及发射车的启动装置的安装存在随机误差，需要不断人工手动调节机械结构才能实现启动爪与传动轴对接，此过程耗时费力，操作不便，自动化程度低，不满足无人机系统发射快速性的要求，而且这种技术大大增加了无人机系统的成本，并降低了系统的可靠性及可维护性。
发明内容
[0004]要解决的技术问题
[0005]为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种无人机启发一体控制方法，该方法基于超级电
容器的短时间大功率输出特性及控制策略，以达到系统一键启动发动机且明显提高系统发动机启动的便捷性、快速性的目的。
[0006]技术方案
[0007]一种无人机启发系统，其特征在于包括控制系统、供电系统及伺服系统，控制系统由机载计算机、机载接触器、发动机电喷控制单元组成，输出控制信号和采集发动机转速，实现起动电机转动和停止及喷油；供电系统有机载启动电源和若干电缆组成，为起动电机提供能量；伺服系统由起动电机、甩动齿轮、传动轴组成，带动发动机起动；无人机收到地面站发出起动指令后，由机载计算机产生并输出启动控制信号，驱动机载接触器闭合，闭合的接触器使得机载启动电源正极导通，此时机载启动电源输出大功率电能，以驱动起动电机转动，由于惯性质量力使得起动电机上甩动齿轮迅速被甩出并与发动机上的从动大齿轮啮合，从动大齿轮又通过发动机上的半联轴器组件带动发动机曲轴转动，从而使发动机完成压缩燃烧做功，以实现一键起动发动机的功能。
[0008]一种无人机启发一体控制方法，其特征在于步骤如下：
[0009]步骤1：无人机上电后，数据链锁定正常，无人机能够正确执行左、右盘指令，打开无人机机体上的供电开关；
[0010]步骤2：地面站确认无人机螺旋桨附近无人员，打开控制面板供电保护开关，按下
启动开关；
[0011]步骤3：机载计算机T1时间内收到地面站发出N次指令，判断指令N次指令中是否有M次为启动指令，若大于等于M次指令，则执行启动指令，若小于M次则不启动，等待下一个T1时间；
[0012]步骤4：机载计算机执行启动指令，打开油泵同时设置喷油时间为T2，将节气门开度设置为N1，输出控制信号U1电压；
[0013]步骤5：机载接触器收到机载计算机输出的U1电压，若U1大于阈值电压U2，则机载接触器处于导通状态，否则处于关断状态；
[0014]步骤6：机载接触器导通后，机载启动电源短时间输出大于A1的电流，U2电压，以驱动起动电机转动，并带动发动机曲轴转动，最终发动机正常起动工作；
[0015]步骤7：机载计算机判断发动机转速R及输出控制信号U1的时间T3，若R大于 N2或者T3大于T4，则输出控制信号为U3，此时U3小于U2，则机载接触器处于关断状态，机载启动电源不输出大功率电能。
[0016]有益效果
[0017]本发明提出的一种无人机启发一体控制方法，具有以下优点：
[0018]1、启动系统构建模型结构简单，操作方便、效率高，安全可靠；
[0019]2、启发系统控制策略完全由无人机软件完成，未增加额外设备；
[0020]3、启发系统构建模型和启发系统控制策略实现简单，适用面广可以在装备活塞式发动机的无人机系统中推广应用；
[0021]4、发动机启动方式简单、快速，满足一键启动、快速启动、便捷启动发动机的要求；[0022]5、启发控制系统实现了发动机快速起动，只需约3分钟实现从机载启动电源充电到发动机起动，而以前发射运输车自带启动装置从机械结构调节开始到发动机起动约 30分钟时间；节省了发射运输车自带启动装置机械结构的调节，从而减少了发射时的操作人员调节启动爪与传动轴对接过程，提高了发动机启动时人员的安全性，减少了系统的成本，增加了动力系统起动的自动化程度；通过地面站远程控制实现发动机的起动，提高无人机系统的一体化程度，操作更简便；
[0023]6、目前已在某型无人机系统上使用上百架次，用户反映效果良好。
附图说明
[0024]图1启发系统构建模型组成框图
[0025]图2启发系统控制策略实现流程图
具体实施方式
[0026]现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
[0027]本发明包含两部分内容：启发系统构建模型和启发系统控制策略。
[0028]该启发系统由控制系统、供电系统及伺服系统组成。
[0029]控制系统由机载计算机、机载接触器、发动机电喷控制单元组成，输出控制信号和采集发动机转速，实现起动电机转动和停止及喷油。
[0030]供电系统有机载启动电源和若干电缆组成，为起动电机提供提供能量。
[0031]伺服系统由起动电机、甩动齿轮、传动轴组成，带动发动机起动。
[0032]启发系统工作原理如下：
[0033]该系统有控制系统、供电系统及伺服系统构成。无人机收到地面站发出起动指令后，由机载计算机产生并输出启动控制信号，驱动机载接触器闭合，闭合的接触器使得机载启动电源正极导通，此时机载启动电源输出大功率电能，以驱动起动电机转动，由于惯性质量力使得起动电机上甩动齿轮迅
速被甩出并与发动机上的从动大齿轮啮合，从动大齿轮又通过发动机上的半联轴器组件带动发动机曲轴转动，从而使发动机完成压缩燃烧做功，以实现一键起动发动机的功能。
[0034]启发系统控制策略如下：
[0035]步骤1：无人机上电后，数据链锁定正常，无人机能够正确执行左、右盘等指令，打开无人机机体上的供电开关；
[0036]步骤2：地面站确认无人机螺旋桨附近无人员，打开控制面板供电保护开关，按下启动开关；
[0037]步骤3：机载计算机T1时间内收到地面站发出N次指令，判断指令N次指令中是否有M次为启动指令，若大于等于M次指令，则执行启动指令，若小于M次则不启动，等待下一个T1时间；
[0038]步骤4：机载计算机执行启动指令，打开油泵同时设置喷油时间为T2，将节气门开度设置为N1，输出控制信号U1电压；
[0039]步骤5：机载接触器收到机载计算机输出的U1电压，若U1大于阈值电压U2，则机载接触器处于导通状态，否则处于关断状态；
[0040]步骤6：机载接触器导通后，机载启动电源短时间输出大于A1的电流，U2电压，以驱动起动电机转动，并带动发动机曲轴转动，最终发动机正常起动工作。
[0041]步骤7：机载计算机判断发动机转速R及输出控制信号U1的时间T3，若R大于 N2或者T3大于T4，则输出控制信号为U3，此时U3小于U2，则机载接触器处于关断状态，机载启动电源不输出大功率电能。
[0042]实施例1：
[0043]步骤1：无人机上电后，数据链锁定正常，无人机能够正确执行左、右盘等指令，打开无人机机体上的开关；
[0044]步骤2：地面站确认无人机螺旋桨附近无人员，打开控制面板供电开关，按下启动开关；
[0045]步骤3：机载计算机80ms时间内收到地面站发出6次指令，判断指令6次指令中是否有3次为启动指令，若大于等于3次指令，则执行启动指令，若小于3次则不启动，等待下一个80ms时间；
[0046]步骤4：机载计算机执行启动指令，打开油泵同时设置喷油时间为1s，将节气门开度设置为10％，输出控制信号电压为28V；
[0047]步骤5：机载接触器收到机载计算机输出U1电压为28V，若U1大于阈值电压 U2为24V，则机载接触器处于导通状态，否则处于关断状态；
[0048]步骤6：机载接触器导通后，机载启动电源短时间输出大于40A的电流，电压28V，以驱动起动电机转动，并带动发动机曲轴转动，最终发动机正常起动工作。
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