CN113756961A - 通用航空发动机启发一体电机的启动控制方法及*** - Google Patents

通用航空发动机启发一体电机的启动控制方法及*** Download PDF

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张义
王浩
杨超帆
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Abstract

本发明公开了一种通用航空发动机启发一体电机的启动控制方法及***，该发明通过首先控制电机反转驱动电机使发动机处于压缩行程上止点但无法迈过压缩行程上止点，从而形成压缩回弹力；然后控制电机驱动发动机正转，正转驱动过程中可利用反转驱动时发动机形成的压缩回弹力推动加上正转驱动最长行程进行正转驱动，利于发动机迈过第一个正转压缩上止点，从而达到提高启发一体电机的启动成功率的目的。

Description

通用航空发动机启发一体电机的启动控制方法及***
技术领域
本发明涉及一种通用航空发动机启发一体电机的启动控制方法及***。
背景技术
目前的通航内燃机的启动主要分为两种启动方式：
1、启动电机启动：如图1所示，电池通过启动开关控制启动继电器，对启动电机(直流有刷电机)进行驱动，进一步驱动传动齿轮组，带动电机从而启动发动机。该启动方式目前有两种方式：
(1)启动后不与发动机脱离，导致整机重量很重，启动时机械摩损大，启动噪声大，启动电机为有刷电机，使用寿命低。
(2)在地面进行启动，启动后与发动机脱离，导致启动极为不方便，在空中出现故障之后不能再次启动。同时启动时机械摩损大，启动噪声大，启动电机为有刷电机，使用寿命低。
2、启发一体控制启动：如图2所示，电机属于无刷电机，电机既可以发电又可以作启动。在电机的基础上，增大线径、增加定子尺寸、使用高性能的磁钢等。需要让电机输出一定的扭矩拖动发动机到一定的转速。
使用该方法可取消启动继电器，启动电机及传动齿轮以实现减重，但是由于应用场景为通用航空发动机，其在一转内经历吸气压缩--做功排气两个行程，在一转内速度变化很大，使用直流无刷电机控制策略时没有利用发动机的特性进行电机的控制，目前该方案启动成功率低，很难顺利启动。
发明内容
本发明的目的是提供一种通用航空发动机启发一体电机的启动控制方法及***，以解决现有启发一体电机启动成功率低的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种通用航空发动机启发一体电机的启动控制方法，该方法包括：驱动电机反向转动，当电机驱动发动机使发动机处于压缩行程上止点时，切换电机转动方向，使电机进行正向驱动，启动发动机。通过首先控制电机反转驱动电机使发动机处于压缩行程上止点但无法迈过压缩行程上止点，从而形成压缩回弹力；然后控制电机驱动发动机正转，正转驱动过程中可利用反转驱动时发动机形成的压缩回弹力推动加上正转驱动最长行程进行正转驱动，利于迈过第一个正转压缩上止点，从而提高启发一体电机启动成功率。
进一步地，当电机进行正向驱动时，判断电机的转速是否大于预设阈值；若是，则控制电机由120度驱动方式切换为180度驱动方式。在正转驱动过程中，当转速大于一定转速时(三三导通转速)时，迅速将120度换相驱动切换为180度换相驱动，可一定程度上减小转矩脉动，使电流波形近似正弦波，更加有利于启动时迈过第一个正转压缩上止点。
进一步地，在驱动电机反向转动过程时，利用PI算法根据目标电流计算所述电机的驱动PWM占空比。以目标电流做PI运算控制PWM输出，可避免因电流初始变化率过大而导致电机抖动过大。
进一步地，发动机处于压缩行程上止点的判定方法为：在电机反向转动过程中进行霍尔检测，当检测到当前霍尔值HALL(n)等于前第二次霍尔值HALL准(n-2)时，则判定发动机处于压缩行程上止点。通过采用霍尔元件可对电机的进程进行精准定位，保证精换向驱动以实现最大的扭矩。
此外，本发明还提供了一种通用航空发动机启发一体电机的启动控制***，该***包括电机行程定位单元和启动控制器；其中，电机行程定位单元用于获取电机行程定位信息；启动控制器用于获取电机行程定位单元检测到的所述电机行程定位信息，然后根据上述通用航空发动机启发一体电机的启动控制方法控制电机启动发动机。启动过程中，首先通过启动控制器控制电机反向驱动，然后根据电机行程定位信息对电机的转动方向进行切换。
进一步地，所述电机行程定位单元包括分别与电机和启动控制器连接的霍尔元件。霍尔元件检测精度高，在工作温度区内精度优于1％，并且其体积小，重量轻，使用寿命长。
本发明的有益效果为：通过首先控制电机反转驱动电机使发动机处于压缩行程上止点但无法迈过压缩行程上止点，从而形成压缩回弹力；然后控制电机驱动发动机正转，正转驱动过程中可利用反转驱动时发动机形成的压缩回弹力推动加上正转驱动最长行程进行正转驱动，利于发动机迈过第一个正转压缩上止点，从而达到提高启发一体电机的启动成功率的目的。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，在这些附图中使用相同的参考标号来表示相同或相似的部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为通航内燃机的启动电机启动原理图；
图2为通航内燃机的启发一体控制启动原理图；
图3为通用航空发动机启发一体电机的启动控制方法流程图；
图4为通用航空发动机启发一体电机的启动控制***原理图。
图5为本发明其中一个实施例的电机正反转控制原理图。
图6为本发明其中一个实施例的霍尔检测原理图。
具体实施方式
如图3所示的通用航空发动机启发一体电机的启动控制方法，该方法包括：驱动电机反向转动，使电机反向驱动，当电机驱动发动机使发动机处于压缩行程上止点时，切换电机转动方向，使电机进行正向驱动，当发动机转速提升至点火转速时，点火成功，启动完成。本发明通过首先控制电机反转驱动电机使发动机处于压缩行程上止点但无法迈过压缩行程上止点，从而形成压缩回弹力；然后控制电机驱动发动机正转，正转驱动过程中可利用反转驱动时发动机形成的压缩回弹力推动加上正转驱动最长行程(1转96次霍尔换向)进行正转驱动，利于迈过第一个正转压缩上止点，从而提高启发一体电机启动成功率。后续当转速提升至点火转速时，点火成功，启动完成。
根据本申请的一个实施例，当电机进行正向驱动时，判断电机的转速是否大于预设阈值；若是，则控制电机由120度驱动方式切换为180度驱动方式。在正转驱动过程中，当转速大于一定转速时(三三导通转速)时，迅速将120度换相驱动切换为180度换相驱动，可一定程度上减小转矩脉动，使电流波形近似正弦波，更加有利于启动时迈过第一个正转压缩上止点，如图6所示。
根据本申请的一个实施例，在驱动电机反向转动过程时，利用PI算法根据目标电流计算所述电机的驱动PWM占空比。以目标电流做PI运算控制PWM输出，可避免因电流初始变化率过大而导致电机抖动过大。
根据本申请的一个实施例，发动机处于压缩行程上止点的判定方法为：在电机反向转动过程中进行霍尔检测，如图5所示，当检测到当前霍尔值HALL(n)等于前第二次霍尔值HALL准(n-2)时，则判定发动机处于压缩行程上止点，形成压缩回弹，此时切换为正转驱动。
通过采用霍尔元件可对电机的进程进行精准定位，保证精换向驱动以实现最大的扭矩。
如图4所示的通用航空发动机启发一体电机的启动控制***，该***包括电机行程定位单元和启动控制器；其中，电机行程定位单元用于获取电机行程定位信息；启动控制器用于获取电机行程定位单元检测到的所述电机行程定位信息，然后根据上述通用航空发动机启发一体电机的启动控制方法控制电机启动发动机。启动过程中，首先通过启动控制器控制电机反向驱动，然后根据电机行程定位信息对电机的转动方向进行切换。
根据本申请的一个实施例，所述电机行程定位单元包括分别与电机和启动控制器连接的霍尔元件。霍尔元件检测精度高，在工作温度区内精度优于1％，并且其体积小，重量轻，使用寿命长。
上述控制方法可有利于控制***的轻量化设计，有利于减小整机重量；利用反转驱动时发动机形成的压缩回弹力推动加上正转驱动最长行程进行正转驱动，通过调整电机驱动策略提高了产品启动成功率，能够保证产品在空中出现故障时可再次启动。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种通用航空发动机启发一体电机的启动控制方法，其特征在于，包括驱动电机反向转动，当电机驱动发动机使发动机处于压缩行程上止点时，切换电机转动方向，使电机进行正向驱动，启动发动机。
2.根据权利要求1所述的通用航空发动机启发一体电机的启动控制方法，其特征在于，当电机进行正向驱动时，判断电机的转速是否大于预设阈值；若是，则控制电机由120度驱动方式切换为180度驱动方式。
3.根据权利要求1或2所述的通用航空发动机启发一体电机的启动控制方法，其特征在于，在驱动电机反向转动过程时，利用PI算法根据目标电流计算所述电机的驱动PWM占空比。
4.根据权利要求1或2所述的通用航空发动机启发一体电机的启动控制方法，其特征在于，发动机处于压缩行程上止点的判定方法为：在电机反向转动过程中进行霍尔检测，当检测到当前霍尔值HALL(n)等于前第二次霍尔值HALL(n-2)时，则判定发动机处于压缩行程上止点。
5.一种通用航空发动机启发一体电机的启动控制***，其特征在于，包括：
电机行程定位单元，用于获取电机行程定位信息；
启动控制器，用于获取电机行程定位单元检测到的所述电机行程定位信息，然后根据权利要求1至4任一所述的启动控制方法控制电机启动发动机。
6.根据权利要求5所述的通用航空发动机启发一体电机的启动控制***，其特征在于，所述电机行程定位单元包括分别与电机和启动控制器连接的霍尔元件。
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