[發明專利]一種小型長航時固定翼無人機電源控制器系統及運行方法

有效

• 申請號: 201711312208.7
• 申請日: 2017-12-07
• 公開（公告）號: CN107963202B
• 公開（公告）日: 2023-09-26
• 發明（設計）人: 蘇洋;毛建國;馬糧;張偉;李靜軒;吳昊;賈燕晨
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: B64C19/00
• 分類號: B64C19/00;B64D41/00
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 張婷婷

本發明提出一種小型長航時固定翼無人機電源控制器系統及運行方法，包括整流穩壓模塊，利用三相整流橋將發電機發出的三相交流電轉化為無人機機載電控設備所需要的直流電，并穩壓在一定范圍；區間發電模塊，包括頻率轉電壓模塊和電壓轉開關量模塊，共同控制決定發動機在不同頻率區間段內是否發電的功能；電源切換模塊，實現無人機機載設備供電來源的切換。本發明旨在利用發動機發電為機載電控設備供電，同時不希望引入復雜單片機控制，僅通過硬件設計即可區分發動機轉速并實現在適宜區間內供電，在蓄電池組和發電機供電之間流暢轉換。

技術領域

本發明屬于無人機技術領域，具體涉及一種小型長航時固定翼無人機電源控制器設計系統及運行方法。

背景技術

隨著無人機技術的進步，小型無人機已廣泛應用于邊防巡邏、航空攝影、物流配送、軍事偵查等領域。無人機續航時間超過24小時即稱為長航時無人機，長航時無人機一般用于執行戰略或戰役偵察任務，具備持久的情報收集和戰場監視能力，并且可用作無人作戰平臺，因而成為當今各國武器裝備發展的重點。

限制無人機長航時的因素除了動力方面外還有無人機機載電控設備的供電問題，目前大多數無人機仍然采用單一的蓄電池組的供電方案，蓄電池組的密度非常大，裝在小型長航時無人機上非常不合理，而且一旦蓄電池組出現故障，必將導致嚴重的后果。此外，雖然有一些公司提出利用無人機發動機發電為機載電控設備供電，但較少人考慮到蓄電池組和發電機電路的切換問題，更無人考慮到無人機發動機在怠速工況下和全功率輸出時不宜分出額外功率為機載電控設備提供電力。

發明內容

發明目的：為了克服現有技術中存在的不足，本發明提供一種小型長航時固定翼無人機電源控制器系統及運行方法，主要目的就是從無人機電控設備供電問題上解決或者提升無人機的續航能力，研制出一種電源控制器，可以利用無人機自身發動機發電為電控設備供電，并合理解決蓄電池組和發電機電路切換問題。

技術方案：為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種小型長航時固定翼無人機電源控制器系統，包括整流穩壓模塊、區間發電模塊和電源切換模塊，其中：

無人機的發動機分別連接有發電機和所述區間發電模塊，再分別連接所述整流穩壓模塊，所述區間發電模塊控制發動機在不同頻率區間段內是否發電；

所述整流穩壓模塊連接有電源切換模塊，所述電源切換模塊控制機載設備與蓄電池組供電模塊或所述整流穩壓模塊連接，實現無人機機載設備供電來源的切換。

進一步的，所述區間發電模塊依次包括頻率轉電壓模塊和電壓轉開關量模塊，共同控制決定發動機在不同頻率區間段內是否發電的功能。

進一步的，所述頻率轉電壓模塊設有“頻率/電壓”轉換器。

進一步的，所述整流穩壓模塊利用三相整流橋將發電機發出的三相交流電轉化為無人機機載設備所需要的直流電，穩壓輸出電壓30～55V，輸出電流16.8～20A，耐壓100V。

上述的小型長航時固定翼無人機電源控制器系統的運行方法，根據發動機轉速高低判定該轉速下是否適宜發電機發電，并據此實現在相應區間內發電，使發動機運行穩定；具體步驟如下：

1)無人機飛行分為高轉速全負荷/過載工況下的起飛階段、中間轉速工況下的巡航階段和低轉速怠速工況下的降落階段；

2)區間發電模塊根據發動機在不同階段的不同轉速產生的電壓信號經過處理，得到開關量信號，并據此控制電源切換模塊；

3)所述區間發電模塊劃分發電區間為：高轉速全負荷/過載工況和低轉速怠速工況下，不發電；中間轉速工況下進行發電；

4)所述電源切換模塊控制決定無人機機載設備的供電來源：在中間轉速的巡航階段區間內由發電機為機載電控設備供電，在低轉速怠速或者高轉速全負荷/過載的區間內由蓄電池組為機載電控設備供電。