一种系留无人机自动收放线控制系统的制作方法

本发明涉及无人机技术领域，特别涉及一种系留无人机自动收放线控制系统。

背景技术：

近年来，系留无人机的应用和研究广泛受到有关各个方面的重视。由于载重、体积和飞行时间的限制，系留无人机大多依靠地面电源通过电缆供电，通过地面电源供电的小型无人机可以满足长时间运行的要求。在操作系留无人机的上升和下降过程中，电源线缆需要进行有序的排线和收放，以防止系留无人机运行过程中可能遇到的线缆缠绕、阻碍飞行等问题。

系留无人机的线缆收放问题是操作系留无人机过程中的一个不可忽视的问题，目前国内外的相关公司都没有提出好的解决办法，主要操作方式是采用人力手动收放线，这种收放线方式效率极低，收放线时间长，占用较大的人力成本，增加了系留无人机的使用成本。

大多数情况下系留无人机的的上升、下降、悬停等动作，主要是由飞行控制器的飞控指令实现控制的。但是由于使用过程中，系留无人机的电缆线收放会有其他的实际问题，导致线缆缠绕、牵拉等问题。根据系留无人机在上升和下降过程中，电缆线上需要有一定的张力，以保证排线的有序性和系留无人机的飞行不受自动收放线装置的干扰。一般的张力控制系统常应用于电线电缆生产、印刷、金属锻压、复合材料制造、纺织、造纸等行业。本发明采用了专门的张力控制系统以控制系留无人机的线缆收放速度，解决了系留无人机的自动收放线问题。

实用的系留无人机自动收放线控制系统可以解决以下两个问题：

系留无人机以较大的加速度加、减速时，自动收放线装置的快速响应问题。

出现刮风等外界干扰时，自动收放线装置的抗干扰问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种系留无人机自动收放线控制系统，用于解决现有的系留无人机以较大的加速度加、减速时，自动收放线装置的快速响应和出现刮风等外界干扰时，自动收放线装置的抗干扰问题。

本发明的一种系留无人机自动收放线控制系统，其中，包括：PLC、伺服驱动器、伺服电机、张力传感器及飞行控制器；该伺服电机用于控制系留无人机的线缆动作；该伺服驱动器用于控制伺服电机；该张力传感器用于感知线缆张力值大小；该飞行控制器，用于控制系留无人机的飞行状态；该PLC用于根据该张力传感器以及该飞行控制器的信息，控制该伺服驱动器。

根据本发明的系留无人机自动收放线控制系统的一实施例，其中，该PLC根据系留无人机的飞行高度、速度和加速度以及张力传感器的张力值，控制该伺服驱动器。

根据本发明的系留无人机自动收放线控制系统的一实施例，其中，还包括：上位机系统，用于进行PLC的设定。

根据本发明的系留无人机自动收放线控制系统的一实施例，其中，该伺服驱动器包括：绕线伺服、排线伺服以及导线伺服。

根据本发明的系留无人机自动收放线控制系统的一实施例，其中，该该伺服电机包括：绕线执行机构、排线执行机构以及导线执行机构。

根据本发明的系留无人机自动收放线控制系统的一实施例，其中，该PLC根据该张力传感器的张力值判断张力变化为外部恶劣环境或系留无人机的加减速变化引起，并根据不同情况分别进行控制。

本发明系留无人机自动收放线控制系统具有以下优点和显著效益：(1)本发明将收放线控制应用在系留无人机这种特殊对象上，实现了控制自动收放线的作用，节省了大量的时间成本和人力成本，提高了工作效率。(2)本发明使用飞控指令与张力传感器相结合的控制策略，实现了系留无人机线缆的有序排线、绕线和收放线，使系留无人机的收放线能够自动化，机械化，并提升了系统可靠性。(3)本发明规定了适用于系留无人机自动收放线控制系统的的张力值变化范围(1～10之间)，使PLC能判断当前的张力干扰时来自于无人机的加减速还是外部环境的干扰，实现了系留无人机的收放线系统自动化，智能化。

附图说明

图1所示为系留无人机自动收放线控制系统应用示意图；

图2所示为系留无人机自动收放线控制系统的模块图。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

图1所示为系留无人机自动收放线控制系统应用示意图，图2所示为系留无人机自动收放线控制系统的模块图，如图1以及图2所示，系留无人机自动收放线控制系统应用时的主要组成部分为系留无人机1和伺服控制模块2。系留无人机1可以是采用地面电源供电的无人机，伺服控制模块2可以是用来控制自动收放线的系统模块。

如图1以及图2所示，系留无人机自动收放线控制系统主要包括PLC3、伺服驱动器4、伺服电机5、张力传感器6及飞行控制器7。PLC3是可编程逻辑控制器，可以进行逻辑编程和控制，PLC3根据系留无人机控制指令和飞行状态参数调整基本放线长度。伺服驱动器4是控制伺服电机5的控制器，伺服驱动器4通过接收来自PLC3的速度指令，用来控制伺服电机5实现相应的运动；伺服电机5按照伺服驱动器4的控制，进行相应的运动。伺服电机5是系统中控制机械元件运转的发动机。张力传感器6安装于合适的位置，用来感知线缆张力值大小，并输出反馈至PLC3。飞行控制器7是用来控制系留无人机的飞行状态，向系留无人机和PLC3发送飞控指令。

参考图2，本发明的系留无人机自动收放线控制系统的一实施例，线缆张力值的设定必须在电缆的承受范围，可以通过上位机10修改设定值。其中，线缆张力值的取值范围在1～10之间，此数值范围为加权之后的数值范围，来源于多次的实际测量和理论分析。PLC3与系留无人机1进行通信，获取系留无人机的飞行高度、速度和加速度等信息，PLC3根据张力传感器6实时监测反馈的数值判断当前的张力变化情况，如张力值超出1～10的范围，认为是外部恶劣环境的干扰；如张力值在1～10的范围内认为是是来自于系留无人机的加减速变化，PLC3可以针对两种不同的情况相应地调整控制伺服驱动器4。

参考图2，当系留无人机的加速度出现变化或者遭遇刮风等恶劣环境的时候，线缆的张力发生变化，张力传感器6感应到线缆张力的变化，并通过A/D转换器8输入PLC3；PLC3接收到信号后运行PI控制算法，并分别通过三个D/A转换器9分别输出信号到伺服驱动器4的绕线伺服41、导线伺服42和排线伺服43，控制伺服电机5的绕线执行机构51、导线执行机构52以及排线执行机构53，控制线缆的绕线和排线，能够使线缆有序地进行收放。

参考图1以及图2，简述本发明的系留无人机自动收放线控制系统的具体应用：飞行控制器7发送飞控指令至系留无人机1和PLC3。通过上位机10修改线缆的张力值，使其在线缆可承受的范围内。张力传感器6实时检测电缆上的张力并输出至PLC3。PLC3与系留无人机进行通信，获取系留无人机的飞行状态、高度、速度和加速度等信息，判断当前的张力变化是来自于系留无人机的加减速变化还是外部恶劣环境的干扰，针对两种不同的情况相应地调整输出，并通过D/A转换器9输出到伺服驱动器4。伺服驱动器4接收来自PLC3的速度指令，控制绕线伺服41、导线伺服42以及排线伺服43，使线缆有序地进行收放。

本发明的系留无人机自动收放线控制系统，主要用于控制系留无人机电源线缆和通信线缆的收放。系留无人机的操控指令同步发送至系留无人机和伺服控制模块，伺服控制模块根据当前系留无人机飞行参数及控制指令，调整宏观收放线策略，包括收放线速度和基本长度。

本发明实现了对系留无人机自动收放线的有效控制，解决了目前系留无人机采用人力收放线所造成的效率低下、人力成本高、收放线时间长等问题，并且完美解决了自动收放线装置在实际应用过程中存在的无法快速响应系留无人机的加速度变化、无法抗外界恶劣环境干扰等问题。本发明也可以适用于其他同类环境的相关产品和设备。

本发明具有以下优点和显著效益：

(1)本发明将收放线控制应用在系留无人机这种特殊对象上，实现了控制自动收放线的作用，节省了大量的时间成本和人力成本，提高了工作效率。

(2)本发明使用飞控指令与张力传感器相结合的控制策略，实现了系留无人机线缆的有序排线、绕线和收放线，使系留无人机的收放线能够自动化，机械化，并提升了系统可靠性。

(3)本发明规定了适用于系留无人机自动收放线控制系统的的张力值变化范围(1～10之间)，使PLC能判断当前的张力干扰时来自于无人机的加减速还是外部环境的干扰，实现了系留无人机的收放线系统自动化，智能化。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。