系留无人机地面高压电源补偿系统的制作方法

本发明涉及系留多旋翼无人机以及智能控制领域，具体为一种能够在适苛刻环境以及环境变化给多旋翼无人机带来各种不确定飞行姿态条件下，稳定实现系留无人机的供电的方法。

背景技术：

系留无人机是无人机发展史上的一个新的分支，其主要目的是采用地面电源通过电缆将电源源源不断地提供给高空无人机，从而达到全天候24小时长时间滞留。

系留无人机由于增加了系留电缆，将会对无人机系统造成额外的影响。系留无人机采用高压供电技术，然而几百米的高压电缆往往都只有几千克。这么轻型的高压电缆其内阻也相当大，一般都要十几欧姆以上。多旋翼系留无人机在24小时全天候长时间工作中，由于环境的变化，会使得高压电缆上的压降对无人机的影响尤为明显。最终会导致无人机在姿态调整过程中由于电源大幅度波动而产生极大的不稳定，更为严重的会直接导致抗风等级的下降或者坠机。

技术实现要素：

1、发明目的。

本发明的目的是提供一种用于系留无人机的地面高压电源补偿系统，通过数字方式补偿系留无人机电缆在供电过程中的压降，从而达到无人机高空负载端基本稳定的电源供给。

本发明的另一个目的是采用地面端补偿技术来减轻无人机重量，提高高空系留无人机的负荷能力。并且能够适用于多数大功率数控ac/dc模块。

2、本发明所采用的技术方案。

本发明提出的一种用于系留无人机的地面高压电源补偿系统所述的地面端设有高压ac/dc模块、接口电路、mcu、ram；

高压ac/dc模块可通过其通信接口进行输出电压的调节；

接口电路用于建立电源模块通信接口和mcu的通信；

mcu根据电源模块的输出电流数据读取ram中补偿数据，通过接口对高压ac/dc模块进行输出电压进行实时配置，最终达到补偿负载端电压的功能。

更进一步，电源模块通信接口包括rs232、rs485、can。

本发明提出一种系留无人机地面高压电源补偿方法，地面端设有高压ac/dc模块、接口电路、mcu、ram；高压ac/dc模块可通过其通信接口进行输出电压的调节；接口电路用于建立电源模块通信接口和mcu的通信；mcu根据电源模块的输出电流数据读取ram中补偿数据，通过接口对高压ac/dc模块进行输出电压进行实时配置，最终达到补偿负载端电压的功能；将补偿区域分为n段，每一段电压补偿值采用阶梯状，而每一段的取样与补偿时间设置为t；无人机最终补偿后需要达到的负载端电压vout＝vout-r±in*r；地面高压ac/dc模块的输出电压为v(ac/dc)＝vn±in*r；其中系留无人机电缆长度为l米，其电阻为r，无人机的即时工作电流为i，vout是无人机最终补偿后需要达到的负载端电压，vout-r是未经过补偿的无人机负载端的电源电压；mcu在每次读取到i1-in值后将进行n次反复平均，在确认大于或小于补偿门限i1-in后系统还要进行一段时间t1的延时后再进行处理；补偿门限采用开窗方式建立，即电流大于in后进行升压以及电流小于in-1后进行降压。

更进一步，每次开窗补偿是连续递增或递减。

3、本发明所产生的技术效果。

本发明采用地面电源的补偿技术，实时根据高压电源的输出电流以及电缆内阻采用查表方式进行电源电压的补偿，从而达到无人机高空负载端基本稳定的电源供给，最大程度地保证系留无人机长时间的稳定飞行。

该发明没有在远端无人机负载处增加反馈控制电路，而是在地面端加设可编程反馈电路。不但减轻了远端无人机负荷还能够利用目前市场上现有的高压大功率ac/dc电源模块，从而使得整个系统简洁可靠。

附图说明

图1为系留无人机地面高压电源补偿系统结构示意图。

图2为系留无人机地面高压电源补偿系统补偿负载端电压示意图与未补偿电压示意图。

图3为系留无人机地面高压电源补偿系统实施例结构示意图。

图4为系留无人机地面高压电源补偿系统实施例结构的补偿负载端电压示意图与未补偿电压示意图。

具体实施方式

实施例

如图1所示，系留无人机地面高压电源补偿系统包括：高压ac/dc模块、接口电路、mcu、ram。

高压ac/dc模块可通过其通信接口进行输出电压的调节，通讯接口协议可以是rs232、rs485、can等，协议内部包括输出电流、输出电压、输出电压控制等。

接口电路用于建立电源模块通信接口(rs232、rs485、can等)和mcu的通信。mcu根据电源模块的输出电流数据读取ram中预先发明的补偿数据表格，通过接口对高压ac/dc模块进行输出电压进行实时配置，最终达到补偿负载端电压的功能。

由于本发明系留无人机地面高压电源补偿系统主要针对系留无人机在24小时全天候连续工作中由于环境变化而造成负载端电压的缓慢变化而进行补偿，所以电压补偿既不能即时快速补偿又不能补偿过头而导致负载端电压超过无人机的最大输入电压范围。

如图2所示，系留无人机电缆长度为l米，其电阻为r。无人机的即时工作电流为i(a)，vout是无人机最终补偿后需要达到的负载端电压，vout-r是未经过补偿的无人机负载端的电源电压。

本发明中将补偿区域分为n段，每一段电压补偿值采用阶梯状，而每一段的取样与补偿时间设置为t。mcu在每次读取到i1-in值后将进行n次反复平均，在确认大于或小于补偿门限i1-in后系统还要进行一段时间t1的延时后再进行处理。补偿门限采用开窗方式建立，即电流大于in后进行升压以及电流小于in-1后进行降压。而且每次开窗补偿是连续递增或递减，不存在跳跃式窗口设定。

无人机最终补偿后需要达到的负载端电压vout＝vout-r±in*r

地面高压ac/dc模块的输出电压为v(ac/dc)＝vn±in*r。

如图3所示，本发明的系统包括：400v/5kw模块、接口电路、stm32。

高压400v/5kw模块通过can接口与stm32通信，can协议内部包括输出电流、输出电压、输出电压控制、电源开关控制等。ram采用stm32片内ram。

系留无人机电缆长度为100米，其回路电阻为8欧姆。无人机最大功率4kw。vout＝400v是无人机最终补偿后需要达到的负载端电压。

如图4所示，本实施例中将补偿区域分为3段，每一段电压补偿值采用阶梯状，而每一段的取样与补偿时间设置为5s。stm32在每次读取到电流值后进行100次平均，在确认大于或小于补偿门限3a、6a、9a后再延时t1＝10s后进行补偿。补偿门限采用开窗方式建立，系统分为3个窗口即0-3a、3a-6a、6a-9a。当400v/5kw模块输出电流0-3a时系统不进行补偿，当电流大于6a时模块输出补偿为448v，当电流大于9a时模块输出补偿为472v，此时当电流小于9a时系统补偿还是为472v只有当电流小于6a时，模块补偿才降为448v，如果电流降为小于3a时，系统补偿降为400v。系统每次开窗补偿是连续递增或递减，不存在跳跃式窗口设定。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。