本發(fā)明主要涉及到無人機領(lǐng)域，特指一種長航時無人機油電系統(tǒng)電壓手自動切換控制方法及控制裝置。

背景技術(shù)：

當(dāng)前，無人機的續(xù)航能力已經(jīng)成為無人機行業(yè)發(fā)展的瓶頸。如何破解這一難題，成為無人機行業(yè)應(yīng)用普及推廣關(guān)心的問題。目前無人機按動力主要分為電動無人機和油動無人機兩種。電動無人機主要采用鋰電池，油動無人機主要采用汽油。電動無人機系統(tǒng)穩(wěn)定性強、可靠性高、場地適用能力強，但是續(xù)航能力弱；油動無人機可以提高續(xù)航能力，但可靠性差、場地適用能力也弱。

有從業(yè)者提出了油電混合系統(tǒng)無人機，油電混合系統(tǒng)無人機的出現(xiàn)也已成為一種發(fā)展趨向，也是解決無長航人機長航時的一種高效辦法。例如，公開號為cn105799941a的專利文獻提出了一種適于無人機的小型油電混合動力系統(tǒng)及其控制方法，是一種通過發(fā)動機將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為動能；通過旋轉(zhuǎn)電機將動能轉(zhuǎn)化為電能過程。又例如，公開號為cn105711826a的專利文獻，公開了一種串聯(lián)式油電混合動力無人飛行器，包括多個電動機和多個旋槳,還包括燃油發(fā)動機、交流發(fā)電機、整流器、電池組、油門伺服、控制電路。上述現(xiàn)有專利文獻都只是提出了油電混合動力系統(tǒng)和油電混合動力無人飛行器，對油電混合動力轉(zhuǎn)換方法沒有明確的方案。而在油電混合系統(tǒng)中如何實現(xiàn)油與電的高效轉(zhuǎn)化，是實現(xiàn)無人機長航時的關(guān)鍵，目前并沒有較好的解決辦法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題就在于：針對現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種原理簡單、易實現(xiàn)、電轉(zhuǎn)換更加高效便捷、能滿足長航時需要的長航時無人機油電系統(tǒng)電壓手自動切換控制方法及控制裝置。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種長航時無人機油電系統(tǒng)電壓手自動切換控制方法，對無人機系統(tǒng)動力電壓進行實時監(jiān)測采集，根據(jù)反饋電壓的變化實時對發(fā)電機油門舵機進行控制；包括：通過手動模式調(diào)節(jié)發(fā)電機油門信號，建立反饋電壓與發(fā)電機的油門變化的曲線樣本，通過多組數(shù)據(jù)樣本，自動生成調(diào)節(jié)參數(shù)；切換為自動模式后，根據(jù)采集到反饋電壓與目標(biāo)電壓比較，自動加入?yún)?shù)調(diào)節(jié)，對發(fā)電機油門進行加油和減油，對動力系統(tǒng)電壓的自動控制。

作為本發(fā)明方法的進一步改進：在上述過程中，通過采集遙控接收機的sbus信號，獲得多個通道信號，實現(xiàn)手、自動切換和參數(shù)設(shè)定；然后通過采集高精度電壓形成反饋，設(shè)置相應(yīng)的電壓自動控制跟隨控制器；通過控制arm模擬的油門信號，自動調(diào)節(jié)發(fā)電機形成電壓與發(fā)電機油門閉環(huán)控制；最終，通過實時監(jiān)測設(shè)備電壓狀態(tài)反饋，并通過自動控制發(fā)電機的開關(guān)與調(diào)節(jié)發(fā)電功率。

作為本發(fā)明方法的進一步改進：在采集遙控接收機的sbus信號時，解析后生成多路數(shù)字信號，選用其中一路用作油門控制量，用來控制發(fā)電機的油門量，一路用作手/自動切換，實現(xiàn)手動控制發(fā)電機油門與自動控制發(fā)電機油門兩種狀態(tài)，另兩路用作目標(biāo)電壓與參數(shù)的設(shè)定，支持遠(yuǎn)程遙控設(shè)置參數(shù)。

作為本發(fā)明方法的進一步改進：對不同的發(fā)電機通過手動模式建立不同樣本曲線。

本發(fā)明進一步提供一種長航時無人機油電系統(tǒng)電壓手自動切換控制裝置，其包括：

手/自動切換模塊，利用遙控器的多信號通道與無線傳輸功能，無人機上采集接收機的數(shù)字遙控信號，解碼輸出多通道信號，選用其中一個通道作為手、自動切換，一個通道作為目標(biāo)電壓設(shè)置和參數(shù)修改；

電壓反饋與控制模塊，利用電壓傳感器和ad數(shù)據(jù)采集傳感器，用于監(jiān)測機載設(shè)備電池當(dāng)前電壓，與上述設(shè)置目標(biāo)電壓比較。

作為本發(fā)明裝置的進一步改進：所述電壓反饋與控制模塊在自動模式下，通過根據(jù)當(dāng)前電壓與油門曲線的關(guān)系樣本，設(shè)置相應(yīng)的電壓自動控制跟隨控制器，通過對arm模擬的油門信號進行控制，自動調(diào)節(jié)發(fā)電機，形成電壓與發(fā)電機油門閉環(huán)控制。

作為本發(fā)明裝置的進一步改進：還包括顯示與參數(shù)存儲模塊，顯示分為當(dāng)前電壓和目標(biāo)電壓、參數(shù)顯示。

作為本發(fā)明裝置的進一步改進：所述顯示與參數(shù)存儲模塊選用四位數(shù)碼管。

作為本發(fā)明裝置的進一步改進：所述顯示與參數(shù)存儲模塊包括flash模塊，自動模式下的曲線樣本與手動模式下的參數(shù)設(shè)定，都存儲到flash模塊，上電后自動讀出當(dāng)前參數(shù)。

作為本發(fā)明裝置的進一步改進：所述手/自動切換模塊中的數(shù)字遙控信號是指futaba串行通信協(xié)議：sbus協(xié)議，它與ttl串口電平相反，可解碼成16通道的遙控信號。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：

1、本發(fā)明的長航時無人機油電系統(tǒng)電壓手自動切換控制方法及控制裝置，能夠完成無人機油電系統(tǒng)從油發(fā)電的高效轉(zhuǎn)化，并實現(xiàn)電壓跟隨發(fā)電機自動控制。本發(fā)明是針對無人機長航時所設(shè)計的基于油電混合動力系統(tǒng)，動力自動轉(zhuǎn)化方案，該裝置硬件設(shè)計包括手/自動切換模塊、電壓反饋與控制模塊、顯示與參數(shù)存儲模塊，選用低功耗arm處理器芯片，實現(xiàn)各個模塊功能集成與自動控制。

2、本發(fā)明的長航時無人機油電系統(tǒng)電壓手自動切換控制方法及控制裝置，通過采集遙控接收機的sbus信號，獲得多個通道信號，實現(xiàn)手、自動切換和參數(shù)設(shè)定；采集高精度電壓反饋，設(shè)計相應(yīng)的電壓自動控制跟隨控制器；通過控制arm模擬的油門信號，自動調(diào)節(jié)發(fā)電機，形成電壓與發(fā)電機油門閉環(huán)控制；并實現(xiàn)顯示、參數(shù)設(shè)定、存儲等功能。該方法在于實時監(jiān)測設(shè)備電壓狀態(tài)反饋，并通過自動控制發(fā)電機的開關(guān)與調(diào)節(jié)發(fā)電功率，使設(shè)備電壓時刻處于飽和狀態(tài)，實現(xiàn)了無人機的長航時飛行。

3、本發(fā)明的長航時無人機油電系統(tǒng)電壓手自動切換控制方法及控制裝置，可以更方便的實現(xiàn)手自動切換模式，并實現(xiàn)了算法自動計算發(fā)電機油門與反饋電壓的樣條曲線參數(shù)，實時調(diào)節(jié)參數(shù)控制電壓。

附圖說明

圖1是本發(fā)明控制裝置的結(jié)構(gòu)原理示意圖。

圖2是本發(fā)明中拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)面板示意圖。

圖3是本發(fā)明在具體應(yīng)用實例中電壓反饋與控制模塊的框架結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是本發(fā)明在具體應(yīng)用實例中手/自動切換模塊程序控制流程圖。

圖5是本發(fā)明在具體應(yīng)用實例中功能實現(xiàn)的流程示意圖。

具體實施方式

以下將結(jié)合說明書附圖和具體實施例對本發(fā)明做進一步詳細(xì)說明。

本發(fā)明的一種長航時無人機油電系統(tǒng)電壓手自動切換控制方法，對無人機系統(tǒng)動力電壓進行實時監(jiān)測采集，根據(jù)反饋電壓的變化實時對發(fā)電機油門舵機進行控制；包括：通過手動模式調(diào)節(jié)發(fā)電機油門信號，建立反饋電壓與發(fā)電機的油門變化的曲線樣本，通過多組數(shù)據(jù)樣本，自動生成調(diào)節(jié)參數(shù)；切換為自動模式后，根據(jù)采集到反饋電壓與目標(biāo)電壓比較，自動加入?yún)?shù)調(diào)節(jié)，可對發(fā)電機油門進行加油和減油，實現(xiàn)對動力系統(tǒng)電壓的自動控制。

也就是說，本發(fā)明通過采集遙控接收機的sbus信號，獲得多個通道信號，實現(xiàn)手、自動切換和參數(shù)設(shè)定；然后通過采集高精度電壓形成反饋，設(shè)置相應(yīng)的電壓自動控制跟隨控制器；通過控制arm模擬的油門信號，自動調(diào)節(jié)發(fā)電機，形成電壓與發(fā)電機油門閉環(huán)控制。最終，通過實時監(jiān)測設(shè)備電壓狀態(tài)反饋，并通過自動控制發(fā)電機的開關(guān)與調(diào)節(jié)發(fā)電功率，使設(shè)備電壓時刻處于飽和狀態(tài)，實現(xiàn)了無人機的長航時飛行。本發(fā)明形成了一個系統(tǒng)級總體方法，實現(xiàn)并實現(xiàn)了手自動切換控制，自動記錄油門曲線與反饋電壓曲線的樣條關(guān)系，自動調(diào)節(jié)電壓控制。

進一步，作為較佳的實施例，還可以進一步對不同的發(fā)電機可通過手動模式建立不同樣本曲線。

如圖1、圖2和圖3所示，本發(fā)明的一種長航時無人機油電系統(tǒng)電壓手自動切換控制裝置，包括：

手/自動切換模塊：利用遙控器的多信號通道與無線傳輸功能，無人機上采集接收機的數(shù)字遙控信號，解碼輸出多通道信號，選用其中一個通道作為手、自動切換，一個通道作為目標(biāo)電壓設(shè)置和參數(shù)修改。

即：首先采集遙控接收機的sbus信號，解析后生成多路數(shù)字信號，選用其中一路用作油門控制量，用來控制發(fā)電機的油門量，一路用作手/自動切換，實現(xiàn)手動控制發(fā)電機油門與自動控制發(fā)電機油門兩種狀態(tài)，另兩路用作目標(biāo)電壓與參數(shù)的設(shè)定，支持遠(yuǎn)程遙控設(shè)置參數(shù)。

電壓反饋與控制模塊：利用電壓傳感器和高精度ad數(shù)據(jù)采集傳感器，用于監(jiān)測機載設(shè)備電池當(dāng)前電壓，與上述設(shè)置目標(biāo)電壓比較，在自動模式下，通過根據(jù)當(dāng)前電壓與油門曲線的關(guān)系樣本，設(shè)計相應(yīng)的電壓自動控制跟隨控制器，通過對arm模擬的油門信號進行控制，自動調(diào)節(jié)發(fā)電機，形成電壓與發(fā)電機油門閉環(huán)控制。

利用高精度的ad采樣，對系統(tǒng)動力電壓進行實時監(jiān)測采集，根據(jù)反饋電壓的變化實時對發(fā)電機油門舵機的控制。通過手動模式調(diào)節(jié)發(fā)電機油門信號，建立反饋電壓與發(fā)電機的油門變化的曲線樣本，通過多組數(shù)據(jù)樣本，自動生成調(diào)節(jié)參數(shù)。切換自動模式后，根據(jù)采集到反饋電壓與目標(biāo)電壓比較，自動加入?yún)?shù)調(diào)節(jié)，可對發(fā)電機油門進行加油和減油，實現(xiàn)對動力系統(tǒng)電壓的自動控制，進一步也可對不同的發(fā)電機可通過手動模式建立不同樣本曲線。

在具體應(yīng)用實例中，本發(fā)明進一步還包括：顯示與參數(shù)存儲模塊，顯示分為當(dāng)前電壓和目標(biāo)電壓、參數(shù)顯示，由于油動無人機的的高頻振動與機載環(huán)境復(fù)雜，顯示選用四位數(shù)碼管，抗震、直觀穩(wěn)定。目標(biāo)電壓與參數(shù)除了支持遙控設(shè)置外，還支持板載設(shè)置，選用四個按鍵和一個手自動按鈕，實現(xiàn)參數(shù)設(shè)定和手自動切換。自動模式下的曲線樣本與手動模式下的參數(shù)設(shè)定，都需要存儲到flash模塊，上電后自動讀出當(dāng)前參數(shù)。該裝置在使用過程中，有些狀態(tài)變化量需要顯示，如當(dāng)前電壓、目標(biāo)電壓、調(diào)節(jié)參數(shù)，包括一些參數(shù)的板載設(shè)置，考慮到振動和環(huán)境的因素，選用抗振動、耐用的數(shù)碼管與按鍵；對于手動設(shè)置的參數(shù)、目標(biāo)電壓和自動生成的發(fā)電機油門與反饋電壓的調(diào)節(jié)參數(shù)，需要保存在flash上，上電重啟后可以自動讀取。

如圖2所示，為本發(fā)明在具體應(yīng)用實例中的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)面板示意圖，能夠支持手/自動模式，即可以接收遙控器的輸入pwm控制信號直接控制油門舵機；也可以切換到自動模式，即設(shè)定電壓自動控制模式，即在能源系統(tǒng)電壓低于設(shè)定值時加大油門，在電壓高于設(shè)定值時減小油門。自動控制參數(shù)可以通過1個“循環(huán)切換”按鍵在各種參數(shù)間進行切換，參數(shù)通過軟件編寫設(shè)定；具有獲取發(fā)動機油門最下值和最大值（對應(yīng)控制舵機的pwm信號值）功能，可以現(xiàn)場更改設(shè)定；該裝置從系統(tǒng)取電，帶有變壓、穩(wěn)壓模塊，不需要額外供電；裝置具有電源指示燈、系統(tǒng)工作狀態(tài)指示燈，能夠直觀顯示工作狀態(tài)；該裝置具有數(shù)字顯示器，可以同時顯示設(shè)定電壓，實時電壓，顯示方式為xx.xx伏；該裝置具有自動功能，每次設(shè)置好參數(shù)后會自動保存；斷電重新啟動時會調(diào)出默認(rèn)參數(shù)；該裝置具有軟件和硬件看門狗，能夠在發(fā)生故障時自動重啟。

在具體應(yīng)用實例中，本發(fā)明在手/自動切換模塊中的數(shù)字遙控信號是指futaba串行通信協(xié)議：sbus協(xié)議，它與ttl串口電平相反，可解碼成16通道的遙控信號。

在具體應(yīng)用實例中，本發(fā)明的電壓傳感器是指精密電阻分壓法，可以實現(xiàn)12s電池，最大可到57v電壓輸入，轉(zhuǎn)化0---3.3v適合ad采樣電壓，分辨率為63.69mv/v。

在具體應(yīng)用實例中，本發(fā)明在的電壓反饋與控制模塊中高精度ad采集傳感器采用16位的高精度ad采樣芯片ads1115，高精度轉(zhuǎn)換，數(shù)字接口輸出。

在具體應(yīng)用實例中，本發(fā)明在電壓反饋與控制模塊中的arm采用核心處理器stm32f407zgt6，各個模塊的功能與控制器的控制算法都在其上面實現(xiàn)。

在具體應(yīng)用實例中，本發(fā)明在顯示與參數(shù)存儲模塊中的四位數(shù)碼管，采用四位一體0.36英寸共陰數(shù)碼管3641as，flash模塊是指參數(shù)存儲模塊at45db642d。

在具體應(yīng)用實例中，如圖4所示，為本發(fā)明的手/自動切換模塊程序控制流程圖，它可以單獨作為一個任務(wù)在freertos操作系統(tǒng)中運行，程序設(shè)計調(diào)度周期與遙控器信號發(fā)射周期一致為50hz，程序的功能主要包括三大部分，第一是接口函數(shù)，sbus協(xié)議的接收，設(shè)置sbus協(xié)議接收的格式等；第二解析函數(shù)，主要是sbus協(xié)議的解析；第三功能函數(shù)，解析完后的sbus轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)的pwm信號，設(shè)置通道的作為，如一路用作油門控制量，用來控制發(fā)電機的油門量，一路用作手/自動切換，實現(xiàn)手動控制發(fā)電機油門與自動控制發(fā)電機油門兩種狀態(tài)，另兩路用作目標(biāo)電壓與參數(shù)的設(shè)定，支持遠(yuǎn)程遙控設(shè)置參數(shù)。

在具體應(yīng)用實例中，如圖5所示，為本發(fā)明的功能實現(xiàn)程序流程圖。該裝置各個功能模塊的具體實現(xiàn)，軟件選用的是多任務(wù)、實時性高的freertos操作系統(tǒng)，該裝置的軟件程序主要分成兩個任務(wù)并行運行，第一個任務(wù)主要是信號處理及舵機控制；第二個任務(wù)是ad電壓采樣與顯示、按鍵、存儲；結(jié)合圖5下面詳細(xì)說明每個任務(wù)的程序流程，第一個信號處理與舵機控制：在任務(wù)開始之前，先初始化硬件，根據(jù)任務(wù)的需求，設(shè)置任務(wù)的調(diào)度周期為50hz，然后進入信號處理如圖4所示的手/自動切換模塊程序控制流程圖，接口函數(shù)，sbus協(xié)議的接收，設(shè)置sbus協(xié)議接收的格式等；解析函數(shù)，主要是sbus協(xié)議的解析；功能函數(shù)，解析完后的sbus轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)的pwm信號；信號處理后進入舵機控制，time定時生成舵機控制的pwm信號，根據(jù)任務(wù)二得到的反饋電壓和設(shè)置的目標(biāo)電壓，通過建立反饋電壓與發(fā)電機油門曲線的樣本關(guān)系，調(diào)節(jié)參與舵機控制。第二個任務(wù)主要是ad電壓采樣與顯示、按鍵、存儲：在任務(wù)開始之前，先初始化硬件，根據(jù)任務(wù)的需求，設(shè)置任務(wù)的調(diào)度周期為50hz，任務(wù)內(nèi)又可以分為三個子任務(wù)，一ad采集反饋電壓，通過16位ads1115采集芯片采集能源系統(tǒng)電池電壓，i2c讀寫電壓數(shù)據(jù)；二存儲參數(shù)，ad采集反饋電壓與目標(biāo)電壓等參數(shù)的存儲，寫入flash;三顯示模塊；從flash中讀取的電壓參數(shù)，數(shù)碼管顯示。

以上僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，本發(fā)明的保護范圍并不僅局限于上述實施例，凡屬于本發(fā)明思路下的技術(shù)方案均屬于本發(fā)明的保護范圍。應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理前提下的若干改進和潤飾，應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。