无人机供电系统故障监控方法及装置、无人机与流程

本发明涉及无人机技术领域，具体涉及一种无人机供电系统故障监控方法及装置、无人机。

背景技术：

无人机因其具有无需机载驾驶员、操控简单方便、成本低廉等优势，被广泛应用在航拍、植保、快递运输、灾难救援、测绘、新闻报道、电力巡检、影视拍摄等众多领域。根据供电方式的不同，无人机可分为蓄电池供电的无人机、燃油供电的无人机以及油电混合供电的无人机。蓄电池供电的无人机续航时间短、载重量小，燃油供电的无人机操控复杂、稳定性差，均难以适应工业级无人机需求。油电混合供电的无人机因其具有油动载重大、续航强，电动易操控、稳定性强的双重优势，受到了国内外无人机厂商的高度青睐。

图1是应用于无人机中的油电混合供电系统的结构示意图，所述油电混合供电系统包括发动机11、电机12、整流电路13、蓄电池14以及发电控制装置15。其中，所述发动机11用于驱动所述电机12运转；所述电机12用于将机械能转换为电能，输出三相交流电；所述整流电路13用于将所述三相交流电转换为直流电，并对所述蓄电池14进行充电；所述蓄电池14用于协同供能；所述发电控制装置15用于产生驱动信号，控制所述整流电路13工作。

无人机供电系统是无人机的一个重要组成部分，它的工作状态直接影响到整个无人机的正常工作，因而对无人机供电系统进行故障监控是非常必要的。传统的无人机故障监控抗干扰能力弱，准确性和处理效率低下，无法应对油电混合供电无人机的复杂工作状态。

技术实现要素：

本发明所要解决的是现有无人机供电系统故障监控抗干扰能力弱、准确性和处理效率低下的问题。

本发明通过下述技术方案实现：

一种无人机供电系统故障监控方法，应用于无人机，所述无人机包括数据采集模块、故障分析模块以及故障处理模块，所述方法包括：

所述数据采集模块采集所述供电系统的工作状态参数；

所述故障分析模块根据预先存储的标准参数和所述工作状态参数分析所述供电系统的故障原因，获得故障信息；

所述故障处理模块根据所述故障信息产生故障处理指令和/或报警信息。

可选的，所述数据采集模块采集所述供电系统的工作状态参数包括：

采集发动机的转速；

采集整流电路输出的直流电压和直流电流。

可选的，所述故障分析模块根据预先存储的标准参数和所述工作状态参数分析所述供电系统的故障原因，获得故障信息包括：

判断所述直流电压是否低于预先存储的电压阈值；

若所述直流电压低于所述电压阈值，则根据所述直流电压和所述直流电流获得维持所述无人机飞行的所需功率；

根据预先存储的功率和转速之间的对应关系获得所述所需功率对应的最低转速；

判断所述发动机的转速是否低于所述最低转速；

若所述发动机的转速低于所述最低转速，则生成发动机故障信息，否则生成发电故障信息。

可选的，在所述根据所述直流电压和所述直流电流获得维持所述无人机飞行的所需功率之后，还包括：

判断所述所需功率是否大于预先存储的所述供电系统提供的最大功率；

若所述所需功率大于所述最大功率，则生成过载故障信息。

可选的，所述数据采集模块采集所述供电系统的工作状态参数还包括：采集所述发动机的油门开度；

在所述生成发动机故障信息之后，还包括：

根据预先存储的功率和油门开度之间的对应关系获得所述所需功率对应的最小油门开度；

判断所述发动机的油门开度是否小于所述最小油门开度；

若所述发动机的油门开度小于所述最小油门开度，则生成油门开度故障信息。

可选的，所述数据采集模块采集所述供电系统的工作状态参数还包括：采集所述发动机的气缸温度；

在所述生成发动机故障信息之后，还包括：

判断所述气缸温度是否高于预先存储的温度阈值；

若所述气缸温度高于所述温度阈值，则生成超温故障信息。

可选的，所述数据采集模块采集所述供电系统的工作状态参数还包括：采集电机输出的交流电压和交流电流；

在所述生成发电故障信息之后，还包括：

判断所述发动机的转速是否高于预先存储的缺相转速；

若所述发动机的转速高于所述缺相转速，则生成电机缺相故障信息，否则根据所述交流电压和所述交流电流获得交流输出功率；

判断所述交流输出功率是否满足所述所需功率；

若所述交流输出功率满足所述所需功率，则生成整流桥故障信息，否则生成电机非缺相故障信息。

可选的，所述无人机还包括数据传输模块，所述方法还包括：

将所述工作状态参数和/或所述故障信息和/或所述故障处理指令发送至云服务器。

基于同样的发明构思，本发明还提供一种无人机供电系统故障监控装置，应用于无人机，所述装置包括：

数据采集模块，用于采集所述供电系统的工作状态参数；

故障分析模块，用于根据预先存储的标准参数和所述工作状态参数分析所述供电系统的故障原因，获得故障信息；

故障处理模块，用于根据所述故障信息产生故障处理指令和/或报警信息。

可选的，所述数据采集模块包括：

转速采集单元，用于采集发动机的转速；

直流采集单元，用于采集整流电路输出的直流电压和直流电流。

可选的，所述故障分析模块包括：

第一判断单元，用于判断所述直流电压是否低于预先存储的电压阈值；

第一功率获得单元，用于在所述直流电压低于所述电压阈值时，根据所述直流电压和所述直流电流获得维持所述无人机飞行的所需功率；

最低转速获得单元，用于根据预先存储的功率和转速之间的对应关系获得所述所需功率对应的最低转速；

第二判断单元，用于判断所述发动机的转速是否低于所述最低转速；

第一信息生成单元，用于在所述发动机的转速低于所述最低转速时，生成发动机故障信息；

第二信息生成单元，用于在所述发动机的转速不低于所述最低转速时，则生成发电故障信息。

可选的，所述故障分析模块还包括：

第七判断单元，用于判断所述所需功率是否大于预先存储的所述供电系统提供的最大功率；

第八信息生成单元，用于在所述所需功率大于所述最大功率时，生成过载故障信息。

可选的，所述数据采集模块还包括：开度采集单元，用于采集所述发动机的油门开度；

所述故障分析模块还包括：

开度确定单元，用于根据预先存储的功率和油门开度之间的对应关系获得所述所需功率对应的最小油门开度；

第三判断单元，用于判断所述发动机的油门开度是否小于所述最小油门开度；

第三信息生成单元，用于在所述发动机的油门开度小于所述最小油门开度时，生成油门开度故障信息。

可选的，所述数据采集模块还包括：温度采集单元，用于采集所述发动机的气缸温度；

所述故障分析模块还包括：

第四判断单元，用于判断所述气缸温度是否高于预先存储的温度阈值；

第四信息生成单元，用于在所述气缸温度高于所述温度阈值时，生成超温故障信息。

可选的，所述数据采集模块还包括：交流采集单元，用于采集电机输出的交流电压和交流电流；

所述故障分析模块还包括：

第五判断单元，用于判断所述发动机的转速是否高于预先存储的缺相转速；

第五信息生成单元，用于在所述发动机的转速高于所述缺相转速时，生成电机缺相故障信息；

第二功率获得单元，用于在所述发动机的转速不高于所述缺相转速时，根据所述交流电压和所述交流电流获得交流输出功率；

第六判断单元，用于判断所述交流输出功率是否满足所述所需功率；

第六信息生成单元，用于在所述交流输出功率满足所述所需功率时，生成整流桥故障信息；

第七信息生成单元，用于在所述交流输出功率不满足所述所需功率时，生成电机非缺相故障信息。

可选的，所述无人机供电系统故障监控装置还包括：

数据传输模块，用于将所述工作状态参数和/或所述故障信息和/或所述故障处理指令发送至云服务器。

基于同样的发明构思，本发明还提供一种无人机，包括飞行控制器和油电混合供电系统，还包括上述无人机供电系统故障监控装置。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

本发明提供的无人机供电系统故障监控方法及装置，通过数据采集模块采集供电系统的工作状态参数，由故障分析模块根据预先存储的标准参数和所述工作状态参数自动分析所述供电系统的故障原因，并通过故障处理模块根据故障信息产生故障处理指令和/或报警信息。由于所述数据采集模块、所述故障分析模块以及所述故障处理模块均设置在无人机上，因而所述工作状态参数、所述故障信息以及所述故障处理指令的传输距离是非常短的，提高了数据传输的抗干扰能力，故障处理效率和故障处理准确性相应提高。并且，所述供电系统的故障原因分析不依赖于操控人员，而是由所述故障分析模块根据预先存储的标准参数和所述工作状态参数进行自动分析，进一步提高了故障识别的准确性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明实施例涉及的无人机油电混合供电系统的结构示意图；

图2为本发明实施例的无人机供电系统故障监控方法的流程图；

图3为本发明实施例的分析供电系统故障原因的流程图；

图4为本发明实施例的无人机供电系统故障监控装置的结构示意图。

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明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

本实施例提供一种无人机供电系统故障监控方法，所述供电系统为图1所示的油电混合供电系统。所述故障监控方法应用于无人机，所述无人机包括数据采集模块、故障分析模块以及故障处理模块。图2为所述无人机供电系统故障监控方法的流程图，包括步骤s201至步骤s203。

s201，所述数据采集模块采集所述供电系统的工作状态参数。

具体地，所述数据采集模块采集所述发动机11的转速和所述整流电路13输出的直流电压和直流电流。在本实施例中，采用霍尔传感器对所述发动机11的转速进行测量，将霍尔传感器安装在所述发动机11的飞轮上，使霍尔传感器内部的磁场方向是经由传感器指向所述发动机11的飞轮。通过采用电阻分压电路对所述整流电路13输出端进行采样，可以获得所述直流电压和所述直流电流。需要说明的是，所述发动机11的转速、所述直流电压和所述直流电流的采集方式并不限于上述方式，本实施例对此不进行限定。

s202，所述故障分析模块根据预先存储的标准参数和所述工作状态参数自动分析所述供电系统的故障原因，获得故障信息。

图3是分析所述供电系统故障原因的流程图，包括步骤s301至步骤s306。

s301，判断所述直流电压是否低于预先存储的电压阈值。

具体地，对所述整流电路13输出端进行电压采样，当检测到所述直流电压低于所述电压阈值时，表明所述供电系统供电不足，发生了故障，则执行步骤s302，根据所述直流电压和所述直流电流获得维持所述无人机飞行的所需功率，所述所需功率为所述直流电压和所述直流电流的乘积。

s303，根据预先存储的功率和转速之间的对应关系获得所述所需功率对应的最低转速。

所述无人机所需功率越大，所述发动机11的转速也越大。通过预先测试所述无人机在不同功率下对应所述发动机11的转速，可以获得所述功率和转速之间的对应关系，并将所述功率和转速之间的对应关系存储在数据库中。通过对所述功率和转速之间的对应关系进行查找，可以获得所述所需功率对应的最低转速。

s304，判断所述发动机的转速是否低于所述最低转速。

对所述发动机的转速和所述最低转速进行比较，若所述发动机的转速低于所述最低转速，表明所述发动机11的驱动能力不足，出现了故障，则执行步骤s305，生成发动机故障信息，否则表明发电部分出现了故障，即所述电机12或者所述整流电路13出现了故障，执行步骤s305，生成发电故障信息。

s203，根据所述故障信息产生故障处理指令和/或报警信息。

针对每种故障信息，可以预先存储与每种故障信息对应的故障处理指令。在接收到所述故障信息时，获得与所述故障信息对应的故障处理指令，并将所述故障处理指令发送至飞行控制系统。并且，还可以针对每种故障信息生成不同的报警信息。例如，可以采用不同颜色的故障灯进行报警。

本实施例提供的无人机供电系统故障监控方法，由于所述数据采集模块、所述故障分析模块以及所述故障处理模块均设置在无人机上，因而所述工作状态参数、所述故障信息以及所述故障处理指令的传输距离是非常短的，提高了数据传输的抗干扰能力，故障处理效率和故障处理准确性相应提高。并且，所述供电系统的故障原因分析不依赖于操控人员，而是由所述故障分析模块根据预先存储的标准参数和所述工作状态参数进行自动分析，进一步提高了故障识别的准确性。

在一种可选实现方式中，所述无人机还包括数据传输模块，所述无人机供电系统故障监控方法还包括：

s204，所述数据传输模块将所述工作状态参数和/或所述故障信息和/或所述故障处理指令发送至云服务器。

具体地，可以采用esp8266wifi模块和zigbee协调器组成网关，将所述工作状态参数和/或所述故障信息和/或所述故障处理指令发送至云服务器，用户可通过移动终端或者上位机显示所述工作状态参数和/或所述故障信息和/或所述故障处理指令，并可通过所述云服务器发送指令给无人机。还可以采用sim900a模块和zigbee协调器组成网关，通过移动终端上网，连接所述云服务器，只要有gprs信号的地方就能使用。通过将所述工作状态参数和/或所述故障信息和/或所述故障处理指令发送给所述云服务器，多个用户可通过移动终端、上位机等随时随地监控所述无人机地工作状态。并且，数据存储在所述云服务器中更加安全可靠，甚至飞行控制系统等硬件烧毁后仍然可以读取故障信息，出检测报告。

在一种可选实现方式中，所述数据采集模块采集所述供电系统的工作状态参数还包括：采集所述发动机的油门开度，所述发动机的油门开度可通过霍尔传感器或者磁阻传感器进行采集。继续参考图3，在所述生成发动机故障信息之后，还包括步骤s307至步骤s309。

s307，根据预先存储的功率和油门开度之间的对应关系获得所述所需功率对应的最小油门开度。

所述无人机所需功率越大，所述发动机11的油门开度也越大。通过预先测试所述无人机在不同功率下对应所述发动机11的油门开度，可以获得所述功率和油门开度之间的对应关系，并将所述功率和油门开度之间的对应关系存储在数据库中。通过对所述功率和油门开度之间的对应关系进行查找，可以获得所述所需功率对应的最小油门开度。

s308，判断所述发动机的油门开度是否小于所述最小油门开度。

对所述发动机的油门开度和所述最小油门开度进行比较，若所述发动机的油门开度小于所述最小油门开度，表明所述发动机11的驱动能力不足，出现了故障，则执行步骤s309，生成油门开度故障信息。

在一种可选实现方式中，所述数据采集模块采集所述供电系统的工作状态参数还包括：采集所述发动机的气缸温度，所述气缸温度可通过温度传感器进行采集。在所述生成发动机故障信息之后，还包括步骤s310和步骤s311。

s310，判断所述气缸温度是否高于预先存储的温度阈值。

当发生超温故障时，气缸的温度会明显上升，因而可以通过监测气缸温度判断是否发生超温故障。若所述气缸温度高于所述温度阈值，则执行步骤s311，生成超温故障信息。

在一种可选实现方式中，所述数据采集模块采集所述供电系统的工作状态参数还包括：采集电机输出的交流电压和交流电流。通过采用电压互感器或者电流互感器对所述电机12输出端进行采样，可以获得所述交流电压和所述交流电流。在所述生成发电故障信息之后，还包括步骤s312至步骤s317。

s312，判断所述发动机的转速是否高于预先存储的缺相转速。

当所述电机12发生缺相时，所述发动机11的转速会升高。若所述发动机的转速高于所述缺相转速，则执行步骤s313，生成电机缺相故障信息，否则执行步骤s314，根据所述交流电压和所述交流电流获得交流输出功率，所述交流输出功率根据获得，其中，p为所述交流输出功率，u为交流线电压，i为交流相电流，cosφ为功率因素。

s315，判断所述交流输出功率是否满足所述所需功率。

若所述交流输出功率满足所述所需功率，即所述交流输出功率与有功功率系数的乘积大于所述所需功率，则执行步骤s316，生成整流桥故障信息，否则执行步骤s317，生成电机非缺相故障信息。

在一种可选实现方式中，在所述根据所述直流电压和所述直流电流获得维持所述无人机飞行的所需功率之后，还包括步骤s318和步骤s319。

步骤s318，判断所述所需功率是否大于预先存储的所述供电系统提供的最大功率，所述供电系统提供的最大功率即为所述发动机11提供的最大功率和所述蓄电池14提供的最大功率之和。若所述所需功率大于所述最大功率，则执行步骤s319，生成过载故障信息。

本实施例提供的无人机供电系统故障监控方法，不仅能区别是所述发动机11发生故障还是发电部分发生故障，还可以监测出所述发动机11和发电部分发生故障的具体故障原因。

实施例2

本实施例提供一种无人机供电系统故障监控装置，包括数据采集模块41、故障分析模块42以及故障处理模块43。

所述数据采集模块41用于采集所述供电系统的工作状态参数；

所述故障分析模块42用于根据预先存储的标准参数和所述工作状态参数自动分析所述供电系统的故障原因，获得故障信息；

所述故障处理模块43用于根据所述故障信息产生故障处理指令和/或报警信息。

进一步，所述故障分析模块包括：

第一判断单元，用于判断所述直流电压是否低于预先存储的电压阈值；

第一功率获得单元，用于在所述直流电压低于所述电压阈值时，根据所述直流电压和所述直流电流获得维持所述无人机飞行的所需功率；

最低转速获得单元，用于根据预先存储的功率和转速之间的对应关系获得所述所需功率对应的最低转速；

第二判断单元，用于判断所述发动机的转速是否低于所述最低转速；

第一信息生成单元，用于在所述发动机的转速低于所述最低转速时，生成发动机故障信息；

第二信息生成单元，用于在所述发动机的转速不低于所述最低转速时，则生成发电故障信息。

进一步，所述故障分析模块还包括：

第七判断单元，用于判断所述所需功率是否大于预先存储的所述供电系统提供的最大功率；

第八信息生成单元，用于在所述所需功率大于所述最大功率时，生成过载故障信息。

进一步，所述数据采集模块还包括：开度采集单元，用于采集所述发动机的油门开度；

所述故障分析模块还包括：

开度确定单元，用于根据预先存储的功率和油门开度之间的对应关系获得所述所需功率对应的最小油门开度；

第三判断单元，用于判断所述发动机的油门开度是否小于所述最小油门开度；

第三信息生成单元，用于在所述发动机的油门开度小于所述最小油门开度时，生成油门开度故障信息。

进一步，所述数据采集模块还包括：温度采集单元，用于采集所述发动机的气缸温度；

所述故障分析模块还包括：

第四判断单元，用于判断所述气缸温度是否高于预先存储的温度阈值；

第四信息生成单元，用于在所述气缸温度高于所述温度阈值时，生成超温故障信息。

进一步，所述数据采集模块还包括：交流采集单元，用于采集电机输出的交流电压和交流电流；

所述故障分析模块还包括：

第五判断单元，用于判断所述发动机的转速是否高于预先存储的缺相转速；

第五信息生成单元，用于在所述发动机的转速高于所述缺相转速时，生成电机缺相故障信息；

第二功率获得单元，用于在所述发动机的转速不高于所述缺相转速时，根据所述交流电压和所述交流电流获得交流输出功率；

第六判断单元，用于判断所述交流输出功率是否满足所述所需功率；

第六信息生成单元，用于在所述交流输出功率满足所述所需功率时，生成整流桥故障信息；

第七信息生成单元，用于在所述交流输出功率不满足所述所需功率时，生成电机非缺相故障信息。

进一步，所述无人机供电系统故障监控装置还包括数据传输模块44，用于将所述工作状态参数和/或所述故障信息和/或所述故障处理指令发送至云服务器45。

需要说明的是，所述数据采集模块41、故障分析模块42、故障处理模块43以及所述数据传输模块44均设置在所述无人机中。

实施例3

本实施例提供一种无人机，包括飞行控制器和油电混合供电系统，还包括实施例2的无人机供电系统故障监控装置。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。