杨东宇　王迎　邓颖　徐明奇

摘  要： 目前，小型无人机发动机恒速控制器依然依赖国外技术，且价格比较高昂。为了解决提升无人机性能、摆脱对国外依赖等问题，设计多旋翼无人机长续航供电闭环控制系统。该系统由油箱、发动机、传动轴、发电机、锂电池、整流模块、发电机控制模块以及测量模块组成。其中，控制模块包括舵机控制模块、转速控制模块以及基于STM32的微控制器;测量模块包括转速测量、温度测量、油量测量、电压测量。微控制器基于转速反馈控制算法有效地保证发电机转速恒定，从而保证电压恒定。实验结果表明，与国外的GY?701定速器/陀螺仪相比，该系统可控制的范围更大，且降低了装机成本的同时还可摆脱对国外技术的依赖。

关键词： 无人机; 闭环控制系统; 系统设计; 转速控制; 测量流程; 实验分析

中图分类号： TN876?34                              文獻标识码： A                     文章编号： 1004?373X（2020）20?0071?03

Multi?rotor UAV closed?loop control system for long?endurance power supply

YANG Dongyu， WANG Ying， DENG Ying， XU Mingqi

（Northeast Normal University， Changchun 130024， China）

Abstract： At present， small UAV （unmanned aerial vehicle） engine constant speed controller still depends on foreign technology， and its price is relatively high. A multi?rotor UAV closed?loop control system is designed to improve the performance of UAV and get rid of dependence on foreign countries. The system is composed of fuel tank， engine， shaft， generator， lithium battery， rectifier module， generator control module and system measurement module. The control module includes servo control module， rotational speed control module and STM32?based microcontroller. The measurement module includes rotational speed measurement， temperature measurement， fuel quantity measurement and voltage measurement. Based on the speed feedback control algorithm， the microcontroller can effectively ensure the constant speed of generator and the constant voltage. The experimental results show that the system can control a larger range than the foreign GY?701 speed governor/gyroscope， which reduces the installed cost and gets rid of dependence on foreign technology simultaneously.

Keywords： UAV; closed?loop control system; system design; rotational speed control; measurement process; experimental analysis

0  引  言

小型无人机在军事和民用领域都有着广泛的应用前景，但由于电动无人机电池容量的问题，飞行时间只能达到20 min左右，使其发展空间非常有限，尤其是在森林、山地等复杂地区。而油电混合无人机则可以根据需求对油箱大小进行改装达到长续航的目的。油电混合无人机在面对复杂环境时，其生存能力远大于电动无人机;在执行搜索协助、物流运输等任务时可搭载多款任务载荷，真正地做到一机多用的功能。

无人机的负载变化常常不可预测，而发动机转速又极易受负载影响[1]，只有保障将转速控制好，才能提升无人机的应用性能[2]。……