专利名称：无人机油箱油量计算法的制作方法
技术领域：
本发明是用于计算无人机油箱油量的方法，能够在不安装油箱传感器的情况下， 利用发动机转速传感器和事先测得的发动机-油耗曲线，高精度地连续计算油箱剩余油 量。主要应用在航空航天、机器人等技术领域。
背景技术：
无人机油箱剩余油量是一个对飞行安全至关重要的数据量。以往油箱油量的获得 通常采用在油箱内安装超声波液位探测器、光电传感器和电容传感器等方式，或在油箱外 部安装流量计等方法获得油箱油量值。对于超声波液位探测器、光电传感器和电容传感器 等需要在油箱上开孔，容易造成渗漏。此外，在油箱内安装电子传感器容易引起燃料爆炸， 具有潜在的危险性。另外，由于无人机飞行中油箱液面受无人机姿态的影响往往倾斜，甚至 存在剧烈的震荡。因此，采用油箱内安装探测器获得剩余油量的方法难以实用；采用在油箱 外部安装流量计的方法可以测量出瞬时油耗，经过积分可以得到剩余油量。但是流量计可 能存在计量误差，另外高精度低流量的流量计通常昂贵。本发明通过利用发动机转速与油 耗相对应的关系，利用无人机通常具备的转速传感器计算发动机的油耗，并经过积分可以 算得无人机油箱的剩余油量。与常规的测量方法相比，本算法不增加额外的硬件和成本，具 有重量轻，可靠性高，简单易行的优点。

发明内容
本发明的目的在于提供一种用于无人机油箱剩余油量的计算方法。本发明的特征在于，含有发动机转速传感器，利用实验方法事先测得的发动机与 油耗的对应曲线。根据发动机转速传感器测量得到的发动机转速，通过数值拟合得到当前 转速对应的油耗，经过积分即可得到无人机发动机启动后消耗的油量。再根据发动机启动 前的初始油量，即可得到油箱的剩余油量。


图1是经实验测得和拟合得到的发动机转速与工作时间对应关系。图2是根据图1数据，经计算得到的发动机转速与油耗对应关系。
具体实施例方式无人机油箱油量计算法考虑到发动机转速与油耗相对应的关系，利用无人机通常 具备的转速传感器计算发动机的油耗，并经过积分可以算得无人机油箱的剩余油量。该算 法的运行需要获得发动机转速与油耗关系的实验数据，在此基础上只需发动机转速数据和 发动机工作时间即可算出油箱内的剩余油量。该算法首先需要通过实验测得发动机不同转速对应的油耗。具体方法是，在测试 用油量一定(如50ml)的情况下，测量发动机在不同恒定转速下的工作时间。统计发动机
3转速和工作时间的数据，并进行插值得到发动机转速与工作时间的连续变化曲线，即图1。 由此曲线可以得到发动机转速与油耗的连续对应关系((n)，即图2。测试用油量越多，转 速取值间隔越小，实验用时间单位越小，则本算法的精度越高。为了确定最优的拟合阶数，定义一个拟合评价函数 对于不同的发动机和测试数据集，由低向高地增加拟合阶数，直到J达到最小值 位置。一般而言，3或4阶拟合即可满足条件。在发动机启动前，通过程序对油箱内油量进行初始化(0 100% )。发动机启动 后，转速传感器测得发动机的转速，油耗计算程序随之启动。算法为 其中，&为发动机启动前的初始油量，4 (n)为发动机转速对应的油耗，k为时间
序列，At为时间单元，F为当前油箱内的剩余油量(0 100% )，M为使;
成立的整数。
权利要求
无人机油箱油量计算法，其特征在于，含有发动机转速传感器，利用实验方法事先测得的发动机与油耗的对应曲线。根据发动机转速传感器测量得到的发动机转速，通过数值拟合得到当前转速对应的油耗，经过积分即可得到无人机发动机启动后消耗的油量，再根据发动机启动前的初始油量，即可得到油箱的剩余油量，其中发动机转速与油耗的关系通过实验测得，经过样条曲线拟合可以得到发动机转速n与油耗ζ的对应函数ζ(n)＝p1nm+p2nm-1+…+pmn+pm+1其中，p1～pm+1是拟合系数，无人机油箱剩余油量通过以下公式计算得到 <mrow><mi>F</mi><mo>=</mo><msub> <mi>F</mi> <mn>0</mn></msub><mo>-</mo><munderover> <mi>&Sigma;</mi> <mrow><mi>k</mi><mo>=</mo><mn>0</mn> </mrow> <mi>M</mi></munderover><mi>&zeta;</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>n</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>&CenterDot;</mo><mi>k</mi><mo>&CenterDot;</mo><mi>&Delta;t</mi> </mrow>k＝1，..，M其中，F0为发动机启动前的初始油量，ζ(n)为发动机转速对应的油耗，k为时间序列，Δt为时间单元，F为当前油箱内的剩余油量(0～100％)，M为使 <mrow><munderover> <mi>&Sigma;</mi> <mrow><mi>k</mi><mo>=</mo><mn>0</mn> </mrow> <mi>M</mi></munderover><mi>&zeta;</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>n</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>&CenterDot;</mo><mi>k</mi><mo>&CenterDot;</mo><mi>&Delta;t</mi><mo>=</mo><msub> <mi>F</mi> <mn>0</mn></msub> </mrow>成立的整数，需注意的是本算法根据事先测量得到的发动机转速与油耗之对应关系，即可根据发动机转速和工作时间计算得出油箱内的剩余油量，而无需其他传感器。
全文摘要
无人机油箱油量计算法属于无人机飞行数据检测领域，其特征在于，含有发动机转速传感器，利用实验方法事先测得的发动机与油耗的对应曲线。根据发动机转速传感器测量得到的发动机转速，通过数值拟合得到当前转速对应的油耗，经过积分即可得到无人机发动机启动后消耗的油量。再根据发动机启动前的初始油量，即可得到油箱的剩余油量。本算法根据实现测量的发动机油耗与转速的对应关系，即可根据发动机转速和工作时间计算得出油箱内的剩余油量，而无需其他传感器。
文档编号G01F9/00GK101852636SQ201010100609
公开日2010年10月6日 申请日期2010年1月22日 优先权日2010年1月22日
发明者朱纪洪, 王冠林 申请人:清华大学