生活中。

硬件选用二冲程三叶S40A活塞发动机，额定工作转速为7000r/min。作动器采用Hitec 85MG舵机来控制发动机风门开度，通过测量得到舵机作动速度为0.16s/60°，换算为输出量改变1PWM值，需要作动时间为0.267ms。输出转速传感器采用3144霍尔传感器将采集到的正弦信号转化为方波型号后接入Arduino控制器中得到发动机的实时输出转速[10，11]。

2.2 发动机转速随风门开度变化曲线

在不外加控制器的情况下，通过改变作动器的PWM值的大小，进而改变发动机的输出转速。从此得到的发动机转速和舵机的PWM值变化曲线如图3所示。可以看出发动机随着作动器的响应存在一定的滞后，发动机的延迟时间在0.1～0.12s之间。并且通过拟合曲线公式得到发动机转速在5500～7500r/min时，近似得到转速变化每100r/min对应的舵机PWM值变化15，该值可以用于下文中的PID整定。并且可以由图中看出5500r/min以下的转速随舵机PWM值的变化幅度过于剧烈，且在3500r/min以下时发动机有随时熄火的可能，故将发动机暖车工作状态的自标转速定为6000r/min[12]。

2.3 发动机PID控制下的转速变化曲线

首先根据上述得到的发动机转速和对应PWM值的关系图，对发动机进行PID整定，通过重复的试验和修改参数后取比例增益K_p=0.02，积分增益K_i=0.002，微分增益K_d=0。将整定好的PID参数写人控制器后进行发动机试验，并对发动机的转速和舵机的PWM值进行记录。在试验中，发动机起动运转后确认发动机工作状态安全后，将发动机控制转换为定转速的控制。目标转速随着下达给控制器的指令进行变化，在30s时将发动机由起动状态切换为目标转速恒定为6000r/min的暖车工作状态。等待转速稳定后在额定和暖车工作状态之间切换。对得到的转速等数据进行记录并处理后得到发动机转速和舵机PWM值曲线图如图4所示。

图4为对PID参数进行整定之后的发动机转速曲线。由图中可以看出，发动机转速由暖车工作状态到额定状态的调节时间在1.3～1.5s之间。在目标转速在6000～7000r/min时，发动机的转速误差在±200r/min和±190r/min以内，仅能满足暖车状态时的转速要求而达不到对于额定工作状态转速误差在2%以内的要求。

2.4 发动机PID控制下的转速变化曲线

在PID参数不变的情况下，增加延迟环节。延迟时间如下：

τ⁰=τ_v+τ_a+τ_e（2）

τ_v=1/Nτ_a=0.267×sp（3）式中：N为当前发动机的实际转速，sp为当前循环的舵机PWM值的控制量，取20ms。

对控制程序进行更改后再次进行试验，得到发动机转速和舵机PWM值曲线如图5所示。

如图5所示，可以得到发动机在由6000r/min的暖车工作状态切换到7000r/min的额定工作状态时，调节时间为0.9～1.0s，由额定状态切换为暖车工作状态时的调节时间为0.5～0.6s。目标转速在6000r/min时，转速误差在±200r/min以内，满足预定暖车工作状态下5%的转速误差的要求。目标转速在7000r/min时，转速误差在±130r/min以内。满足预定的额定状态2%的转速误差的要求。对比变延迟控制下和传统的PID控制可以发现，变延迟环节的加人可以提高系统的响应速度，使得发动机在不同的状态转换时的过渡更加快速平滑。并且可以减小发动机在平稳状态的转速误差，提高了发动机转速的控制精度，从而全面地提高了发动机的控制性能。

3 结束语

发动机转速控制试验说明，本文提出的活塞发动机变延迟的控制系统可以有效解决活塞发动机延迟大和转速变化引起的系统响应时间差异，满足发动机工作状态变化时的控制要求，且额定状态的转速误差在允许范围内。通过对两台及以上发动机同时接入此系统，给予相同的期望转速，在各自整定PID参数和延迟参数的情况下，也可以实现对多动力系统的无人机的转速同步控制。

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