一种太阳能无人机能源动力飞控一体化设计方法与流程

专利2022-05-09  2


本发明涉及太阳能无人机技术领域,特别涉及一种太阳能无人机能源动力飞控一体化设计方法。



背景技术:

太阳能无人机具有重量轻、航时长等特点,对各系统重量要求高。图1所示为传统太阳能无人机能源动力飞控设计示意图,储能电池内部有独立的dc模块产生28v电源供储能电池采集器使用,电机内部有dc模块和电机控制器,dc模块产生28v电源供电机控制器使用,电池采集器、电机控制器、电源控制器和飞行控制器独立设计,分别承担相应的控制功能。

现有技术采用传统无人机设计思路,动力系统、飞控计算机、能源系统独立设计,再开展联调联试,装机试飞,造成太阳能无人机重量大,系统保护冗余,可靠性低。同时,太阳能电池铺设面积大,mppt、电源控制器、配电器及储能电池数量多,传统的能源系统采用总线形式与飞控计算机进行通信,由此带来总线节点较多、通信节点距离远、可靠性降低等问题。



技术实现要素:

本发明针对临近空间太阳能无人机能源系统、动力系统、飞控系统独立设计造成系统复杂可靠性较低、重量大、电机保护冗余、总线节点较多、通信节点距离远等问题,提供一种太阳能无人机能源动力飞控一体化设计方法,减轻飞机重量,提高飞行安全性。

为解决上述技术问题,本发明的实施例提供如下方案:

一种太阳能无人机能源动力飞控一体化设计方法,包括以下步骤:

在硬件设计方面,将电源控制器、储能电池采集器、电机控制器和飞行控制器集成一体化设计,形成集成一体化控制器进行统一控制,并由配电器统一供电;

在软件设计方面,算法采用一体化设计,将保障电机安全的转速保护指令与飞行控制器输出的电机转速指令相结合进行算法设计。

优选地,所述设计方法还包括:

在能源设计方面,从能量平衡角度进行能源系统设计,将动力系统、飞控系统的需求考虑到能源系统中,形成一体化设计,优化飞行控制与能源供应之间的平衡。

优选地,所述电源控制器、所述储能电池采集器、所述电机控制器和所述飞行控制器采用集成一体化双余度硬件设计。

优选地,所述配电器包括一组dc模块,所述集成一体化控制器由所述dc模块统一供电。

优选地,所述集成一体化控制器具体用于:采集储能电池信息、产生电机控制指令控制电机、产生电源控制指令控制太阳能电池阵,产生飞行控制指令控制无人机。

优选地,在软件设计方面,将电机算法中为保证电机不长时间过流超转的软件保护指令、硬件保护指令与飞行控制器输出的电机转速指令限幅综合设计,减少保护层级,提高电机效能。

优选地,在能源设计方面,通过调节飞控系统控制飞机航向角、爬升角及下滑角,提高光照入射角,增加发电功率;通过控制白天及夜间飞机飞行高度,达到24小时能量平衡。

优选地,所述集成一体化控制器通过总线网络连接所述配电器,并通过串口通讯连接飞控计算机。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括:

本发明实施例中,将电源控制器、储能电池采集器、电机控制器和飞行控制器集成一体化设计,由集成一体化控制器统一控制,并由配电器统一供电,采用一组dc模块供电即可,能够减轻供电系统重量;同时一体化控制器能够减轻控制器重量,降低系统复杂度,减轻飞控计算机运算处理压力,提高可靠性;软件算法采用一体化设计能够减少电机保护冗余,提高电机效能;将动力系统、飞控系统对功率的需求融入到能源系统设计中,将飞行控制与能源系统最优工作结合起来,能够提高能源利用率。此外,本发明能够解决传统总线通讯节点多、节点距离远、节点增加导致的可靠性降低等问题,将能源系统作为一个独立的闭环系统,便于能源系统自主控制,提高飞行安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是传统太阳能无人机能源动力飞控设计示意图;

图2是本发明实施例提供的一种太阳能无人机能源动力飞控一体化设计方法的流程图;

图3是本发明实施例提供的太阳能无人机能源动力飞控一体化设计示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

本发明的实施例提供了一种太阳能无人机能源动力飞控一体化设计方法,如图2所示,所述方法包括以下步骤:

在硬件设计方面,将电源控制器、储能电池采集器、电机控制器和飞行控制器集成一体化设计,形成集成一体化控制器进行统一控制,并由配电器统一供电,可省去传统太阳能无人机上各系统独立设计而需要单独供电模块及控制器,减轻系统重量,同时降低各个系统设计复杂性,提高整体可靠性;

在软件设计方面,算法采用一体化设计,将保障电机安全的转速保护指令与飞行控制器输出的电机转速指令相结合进行算法设计,减少保护冗余,提高电机效能;

在能源设计方面,从能量平衡角度进行能源系统设计,将动力系统、飞控系统的需求考虑到能源系统中,形成一体化设计,优化飞行控制与能源供应之间的平衡。

进一步地,所述配电器包括一组dc模块,所述集成一体化控制器由所述dc模块统一供电,减轻供配电设备重量。

进一步地,所述电源控制器、所述储能电池采集器、所述电机控制器和所述飞行控制器采用集成一体化双余度硬件设计,减轻整个系统控制器重量同时提高可靠性。

进一步地,所述集成一体化控制器具体用于:采集储能电池信息、产生电机控制指令控制电机、产生电源控制指令控制太阳能电池阵,产生飞行控制指令控制无人机。

进一步地,在软件设计方面,将电机算法中为保证电机不长时间过流超转的软件保护指令、硬件保护指令与飞行控制器输出的电机转速指令限幅综合设计,减少保护层级,提高电机效能。

进一步地,在能源设计方面,将动力系统的需求考虑到能源系统设计中,从能量平衡角度开展能源系统设计,能够达到最优功率跟踪。例如,通过调节飞控系统控制飞机航向角、爬升角及下滑角,提高光照入射角,增加发电功率;通过控制白天及夜间飞机飞行高度,达到24小时能量平衡。

图3为本发明实施例提供的太阳能无人机能源动力飞控一体化设计示意图,储能电池采集器、电机控制器、电源控制器和飞行控制器等采用集成一体化双余度设计,其供电由配电器输出的28v电源提供。集成一体化控制器通过总线网络连接配电器,并通过串口通讯连接飞控计算机,产生控制指令分别完成储能电池信息采集、电机控制、电源控制和飞行控制。

综上所述,本发明将电源控制器、储能电池采集器、电机控制器和飞行控制器集成一体化设计,由集成一体化控制器统一控制,并由配电器统一供电,采用一组dc模块供电即可,能够减轻供电系统重量;同时一体化控制器能够减轻控制器重量,降低系统复杂度,减轻飞控计算机运算处理压力,提高可靠性;软件算法采用一体化设计能够减少电机保护冗余,提高电机效能;将动力系统、飞控系统对功率的需求融入到能源系统设计中,将飞行控制与能源系统最优工作结合起来,能够提高能源利用率。此外,本发明能够解决传统总线通讯节点多、节点距离远、节点增加导致的可靠性降低等问题,将能源系统作为一个独立的闭环系统,便于能源系统自主控制,提高飞行安全性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

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