飞机发动机转速实时检测研究

飞机发动机转速实时检测研究

陈冲

石家庄海山实业发展总公司河北 河北   050208

摘要：本文首先对飞机发动机转速实时检测系统的技术要求进行了分析，然后对飞机发动机转速测置软件设计进行了分析，最后希望本文的研究，对今后的研究有一定的参考价值。

关键词：飞机发动机；转速；实时检测

飞机的发动机运行条件不仅仅会直接影响飞机的速度和战术特性，还与飞机的飞行安全密切相关。所以理解和控制飞行中发动机的运行状态对于飞机安全飞行是非常重要的。与飞机发动机的运行条件密切相关的参数是发动机的速度，因此，在理解和控制飞行中发动机的运行状态的基础上还有必要在飞行器飞行期间确保发动机速度系统的稳定性、精确度和转速。

1飞机发动机转速实时检测系统的技术要求

1.1输入信号

飞机的模拟发动机的转速一般情况下都是100-5000/分钟、其发动机的负载为100千欧。当飞机的模拟发动机的速度为100 rpm时，发动机输出电压为0.7 V甚至是比这还要更高一些，当发动机的转速为5000rpm时，飞机发动机的输出电压就会超过5V。信号f = n / 60的频率是单相正弦波。

1.2输出信号

当飞机发动机的转速为0.45°/ 10（rpm）时，这就意味着每次发动机转速改变10 rpm时发动机指示器就会随之相应的变化0.45°。此外，这个系统不仅能够识别还能在线显示设备，其目的是确定飞机发动机的转动速度，其实这个系统的工作原理就是要通过硬件设计之间的转换、收集外部的速度信号、以及使用单芯片AT89C51，安装的芯片可以对飞机的发动机进行简单的计算和分析，然后根据分析结果运行步进电机为设备供电。最后，指针旋转到适当的比例就可以反映何时应该换档。同时，发动机的速度值还能够清晰地显示在数字手机上，就可以在线识别发动机的速度显示值。这个检测系统基本上可以分为三个主要的过程，这三个过程分别是:第一步，转换和信号检测，第二步，信号处理，第三步，步进电机驱动的分析和控制。信号转换和检测的过程一般来说就是要将飞机的发动机速度信号转换成为可以由单片微计算机处理并能够检测频率的信号的全部过程。通过速度传感器不仅能够将发动机速度信号转换为正弦波信号，也能够将速度转换为正弦波信号的一定百分比，这就表示着正弦波信号变化能够直接反映飞机发动机速度的变化，最后将正弦电压信号转化为整流电器与电压之间的比较，此外，该系统还能够转换为矩形脉冲信号，并且最后也能够将其发送到MCU的外部断端口中以收集外部的收集信号。其信号处理的过程就是MCU使用特定的算法去收集信号，再然后在编程软件过程中生成运行电机所需要的控制信号的信号，制步进电机的过程主要是要通过芯片来完成的，因为芯片可以向驱动器发送一个特定的指令信号，然后驱动步进电机进而旋转发动机角度，最终将计数器的指针移动到相应的刻度指针上并且实现了显示发动机转速计数器。从图1的显示结果显示实时确定速度的设备显示系统的框架图，它就是采用模块化设计，将系统分为开关、比较、放大、单片机AT89C51、步进电机、测量装置、显示和报警等几个模块来进行分析的。

图 1 系统原理框图

自飞行器的发动机速度传感器的信号是由功能信号发生器产生的。其中整流电路是整个发动机检测系统的主干，整流电路是由四个整流二极管组成的单相桥式的整流电路系统。整流电路有着强大的功能，它能够用于将正弦输入电压转化成为连续信号，但是，由二极管组成的整流电路的DC输出的电压是有一定波动的，所以，必须在整流电路上用增加滤波器的方法来连接。这个结构使用的是C型滤波器的电路，当然了，该系统中使用的电源一定是要低于功率整流电源的。由于这个系统负载波动比较小，所以这里使用的电容器滤波电路具有极其简单的结构，其结构就是由高DC电压和纹波组成的。较小的是整个系统的重要部分，它是一个迟滞电压的比较器，其主要是由内置LM339芯片组成的。在操作期间，电压比较器是由更加规范的DC信号电压比较器提供的，而且波形的电压信号被转换为方波电压信号（0-5V），所以可以通过一块芯片来进行。MCU是发动机速度识别和设备显示系统的重点，尤其是内部软件设计必须要采用C语言来进行编写的。与接收信号和测量信号的频率相比，其系统具有控制、显示、电机报警等几方面的功能。另外，步进电机驱动工具指针的各种角度是由微型计算机微机发出的信号来进行控制的，因此，这个链接也是影响仪表显示精确度的主要因素。步进电机由Darlington ULN2803集成芯片来驱动驱动器的，因为该芯片有着体积小、结构简单、易于检测和使用等一些优点，但是，尽管它有很多的优点也只能用一个芯片控制微电脑的输出接口。

2飞机发动机转速测置软件设计

2.1飞机发动机大转速处理

把HSI事件模式设置成为事件的8个正跳变，中断模式HSI选择保持寄存器数据的有效中断。每个8音轮脉冲信号触发HSI事件并产生中断，在HSI时间寄存器存储事件发生时的时间计数器（T1）的计数器值（HSI_t），使得对应于8个脉冲速率信号的时间宽度如下：

（1）

在公式中，Ar是计时器l的倒计时间隔，上次HSI事件发生的次数是由于Neg是互补操作，而T1是16位计数器，所以处理可以有效地避免帐户溢出的问题。其计算发动机转速的公式为：

（2）

其中４＝8Ｊ是传动比，m是声波轮的齿数。考虑到一些实际原因，发动机最高转速为n最大和计数中断HSI N_hsi_t（分钟）的最小时间间隔应不超过公式（3）的结果范围

（3）

因为，超出此范围的HSI事件可认为是干扰信号所致。

2.2飞机发动机小转速处理

定时器T1的最大时间间隔Tmax = 65535，如果发动机速度较低的时候，HSI中断的范围到期，并且根据公式计算（1）产生一个计数器溢出覆盖误差。要做到这一点，就必须要设置计算速度时间表，全局变量，设定程序SOFT_INT T0 = 5毫秒的持续时间，然后接着添加N_SOF_COU用于每个中断本身，计算出速度为0，最终将其删除，最后最大间隔Tmax是N_SOF_COU的最大数量。

N_SOF_COU（max）=T_max/T₀ （4）

MCU系统使用频率为12 MHz的外部晶体振荡器。因此，当Tmax = 80ms时，Tmax约为87ms，最大值N_SOF_COU为16。如果N_SOF_COU小于16，则基于减速方程计算 ：

（5）

在较低速度下，如果脉冲信号的频率越小，那么与事件HSI触发的距离值就会越大，也可以看到通过公式（5）计算出的模拟误差是大的。因为速度不是控制系统的重要参数，因此，如果速度低于0.200 rpm，请详细参照其他发动机型号的运行经验进行操作。在此设计过程中，当马达传动比为i = 3时，音轮的齿的数量为m = 20和，根据式（5）中，计时计算为阈值72 N_SOF_COU，N_SOF_COU的Si> 72，发动机转速为n = 0。

3结语

本文从输入信号和输出信号两个方面对飞机发动机转速实时检测系统的技术要求进行了一定的分析，从飞机发动机大转速处理以及飞机发动机小转速处理等两个方面对飞机发动机转速测置软件设计进行了分析。通过本文的研究，我希望对今后有关专家学者研究飞机发动机转速实时检测相关的课题能够有一定的借鉴作用。

参考文献

[1]马洪斌,王庸贵,任德均.飞机发动机转速实时在线检测系统二次开发[J].机电产品开发与创新,2011(03):61-63.

[2]唐永红,史贤俊,刘陵顺.飞机发动机转速实时检测与显示系统的设计[J].自动化仪表,2012,33(03):84-86.