[發明專利]無人機系留纜智能模糊收放系統的控制方法

有效

• 申請號: 201910020947.1
• 申請日: 2019-01-09
• 公開（公告）號: CN109761114B
• 公開（公告）日: 2020-08-25
• 發明（設計）人: 顧偉峰;李文華;夏勁松;劉長明
• 申請（專利權）人: 蘇州全波通信技術股份有限公司
• 主分類號: B65H75/44
• 分類號: B65H75/44
• 代理公司: 上海交達專利事務所 31201
• 代理人: 王毓理;王錫麟

一種無人機系留纜智能模糊收放系統，包括：驅動控制電路模塊以及分別與之相連的無人機飛控通信模塊、用于采集無人機系留電纜上的實時張力的壓力傳感模塊、收放線盤、橫向步進電機、收放線同步電機、電子離合器、角度傳感器、單向轉軸以及用于防止放線過程中放線盤的慣性轉動而導致線纜的亂線狀態的電子阻尼器，本發明采用模糊控制技術以及相應的機電混合系統，并將系無人機的智能收放線分為智能放線以及智能收線兩部分，能夠在適苛刻環境以及環境變化給多旋翼無人機帶來各種不確定飛行姿態條件下，穩定實現智能收放線控制。

技術領域

本發明涉及的是一種飛行器控制領域的技術，具體是一種無人機系留纜智能模糊收放系統。

背景技術

系留無人機多用于采用地面電源通過電纜將電源源源不斷地提供給高空無人機，從而達到全天候24小時長時間滯留。由于增加了系留電纜，將會對無人機系統造成額外的影響，使得原本就依賴于環境因素的無人機更加變得不穩定。現有的系留無人機自動收放線系統是根據飛控給出的高度信息進行跟蹤收放線來達到自動控制。這種控制方式不能適應惡劣環境，由于CPU以及傳動裝置都存在響應的延時，所以在自動控制過程中并不能快速和完全的響應線纜的變化，從而導致無人機始終或者間隙性的收到系留電纜拖拽，更為嚴重的將導致無人機飛行姿態失控而墜落。

發明內容

本發明針對現有技術存在的上述不足，提出一種無人機系留纜智能模糊收放系統，采用模糊控制技術以及相應的機電混合系統，并將系無人機的智能收放線分為智能放線以及智能收線兩部分，能夠在適苛刻環境以及環境變化給多旋翼無人機帶來各種不確定飛行姿態條件下，穩定實現智能收放線控制。

本發明是通過以下技術方案實現的：

本發明包括：驅動控制電路模塊以及分別與之相連的無人機飛控通信模塊、用于采集無人機系留電纜上的實時張力的壓力傳感模塊、收放線盤、橫向步進電機、收放線同步電機、電子離合器、角度傳感器、單向轉軸以及用于防止放線過程中放線盤的慣性轉動而導致線纜的亂線狀態的電子阻尼器，其中：無人機飛控通信模塊將無人機飛控的高度等數據輸入到驅動控制電路模塊，壓力傳感模塊將線纜壓力采樣信號輸出至驅動控制電路模塊，角度傳感器將橫向同步電機的轉速信號和收放線同步電機的轉速信號輸出至驅動控制電路模塊，橫向步進電機和收放線同步電機分別接收驅動控制電路模塊輸出的位移控制信號，電子離合器接收驅動控制電路模塊輸出的離合器控制信號，電子阻尼器接收驅動控制電路模塊輸出的力矩控制信號，用于防止放線過程中放線盤的慣性轉動而導致線纜的亂線狀態。

所述的拉力保護，最大拉力設定為f。

所述的收放線同步電機采用小型60系列同步伺服電機通過離合器進行放線盤的收線。

所述的橫向同步電機實現線纜的橫向排列，其轉動方向則取決于系統當前狀態為收線還是放線。

所述的角度傳感器采用但不限于磁性或光電霍爾器件。

所述的收放線同步電機通過離合器向放線盤提供收線的力矩，該離合器收線狀態為鎖定。

本發明涉及上述系統的控制方法，包括：收放線模式、放線模式、放線長度模糊狀態控制模式和拉力測試模式，其中：收線模式下離合器鎖定且有效摩擦轉矩F1＞F2，其中：F1為離合器有效摩擦轉矩，F2為系留無人機在放線盤的轉矩＝出線口拉力/放線盤即時有效直徑D1；放線模式下離合器脫開系統只由單向轉軸和電子阻尼器提供能夠防止放線盤慣性自轉的阻尼轉矩且阻尼轉矩F3＞F4，其中：F3為阻尼轉矩，F4為放線盤即時的轉動慣性；F4是會隨著放線盤上剩余線纜和出線速度而實時變化；放線長度模糊狀態控制模式將允許多放出長度為L的弧形電纜來減少環境對無人機的影響，當放完全部預留長度L以后，系統將鎖定離合器并進入拉力測試模式；拉力測試模式為：當風力導致系纜上的張力大于f時，系統將向飛控發出降落命令，迫降無人機。其中：f為設定的系纜最大拉力。