基于RTOS的涡喷发动机数字控制系统
郑玉全 陈杰 沈为群 宋子善
（北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院，北京 100083）
摘要：本文介绍了一种应用于无人机的微型涡轮喷气式发动机数字控制系统的设计与实现。该系统基于C8051F021单片机和MicroStar嵌入式实时操作系统，实现了小型涡喷发动机自动点火、启动、推力控制与稳定、超温超速保护、系统自检、冷却等功能。具有体积小、重量轻、功能全的特点。
关键字： C8051F021、MicroStar RTOS、涡喷发动机、PID
A digital controller with RTOS for turbine jet engine
Author:
ABSTRACT：This thesis introduces an ECU( Engine Control Unit) for micro turbine jet. Based on C8051F021 MCU and embedded MicroStar RTOS, this ECU has the capability to ignite, start up, stabilize rotate speed /thrust, protect engine from over-temperature and over speed, check itself and so on. The controller has the virtues of small size, light weight, function .
key words：C8051F021、MicroStar RTOS、turbine jet engine、PID
1 引言
与活塞发动机相比，涡轮喷气发动机（以下简称涡喷发动机）在推重比方面的优势无可争议。如果将之微型化，它将使小型无人飞行器能获取较高的速度和载荷能力。因此，研制微型涡喷发动机，在军用和民用领域都有深远的意义。目前，美、德、丹麦等国家都有相当成熟的微型涡喷发动机产品，成功的应用到航模和无人机上。但在国内，无论是发动机本身还是控制系统，
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都是较新领域。1
针对国产某系统发动机，我们设计了基于C8051F021和MicroStar RTOS的微型涡喷发动机的通用控制系统。它以处理器为核心，集传感器、伺服机构、人机接口为一体，体积小，重量轻，提供了与主控系统的指令接口和与地面测试设备的检测接口，功能完善。
微型涡喷发动机计算机控制系统的整体结
控制器接收遥控接收机（或主控计算机）发出的PCM(Pulse Coding Modulation，脉冲编码调制)形式的推力和起停指令，驱动油泵、油阀、点火器等伺服机构，实时的测量发动机的温度和转速，完成自动点火、加速、减速、转速稳定、超温超速保护等控制功能，并能将状态参数实时通过RS232总线发送到PC机。通过手持终端，可修改系统参数。
为便于系统调试和测试发动机性能，我们还开发了运行Windows平台的实时检测软件ECU1.0( Engine Control Unit , Version1.0)。
2硬件设计
C8051F021单片机是美国cygnal公司推出的一款高性能8位SOC单片机。针对本系统应用，它有以下优点：
1. 采用了流水线技术，峰值处理速度可达
25MIPS，远远高于其它51单片机。
2. 具有12位8通道逐次比较式ADC,数据转
换速率可达100ksps。
3. 4K字节的片上RAM和64K字节的Flash
程序存储器。对本应用而言，无需扩展存储器。
4. 可提供5路可编程PWM控制信号。
5. 丰富的定时器资源，具有5个硬件定时器。 6. 提供I2C总线控制模块和2个UART口。 7. 片内FLASH支持IAP（在应用可编程）。因此，不常修改的数据如配置参数、查询表等可直接存放于片上的FLASH内，而不需外扩非易失性存储体。
图1 控制系统结构框图
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