一种系留无人机系统的功率极限保护装置及保护方法

技术领域

本发明属于系留无人机技术领域，具体涉及一种系留无人机系统的功率极限保护装置及保护方法。

背景技术

系留无人机系统是一种采用地面供电，机载大功率电源完成高压转低压的系统。为了降低线损，通常采用的方式是地面AC220V或者AC380V输入转换为DC400-DC1000V或者以上电压，该电压通过系留缆传输至无人机机载端，传输距离可达100米至300米。

系留无人机系统搭载了机载大功率电源模组，通常电源模组功率为3KW至20KW之间，该电源模组的输入电压为地面端的输出电压，通常为DC300-DC1000V。机载大功率电源输出电压为6s/12s(25.2V、50.4V)。输出的高压或低压直接供给无人机电机。这种应用方式下，系留无人机是处于12小时以上的滞空飞行状态，对机载电源的可靠性要求非常高，一旦机载电源异常，直接发生坠机事故，所以一般机载端备有后备电池组件，电池电压常规为25.2V，50.4V(6s/12s串联电池组)或360V高压电池。

系留无人机系统在运行过程中，存在地面升压电源故障无输出或者系留线缆断裂的情况，这种情况如果机载没有后备电池进行短时间供电迫降，会直接发生坠机事故。现有技术中采用后备电池虽然可以实现紧急迫降，但是无法解决无人机系统瞬态超功率炸机的问题(当系留无人机在几百米高空受突然强烈整风扰动，瞬间功率超出地面供电极限功率)；为了兼顾解决上述问题的解决方案，本申请提出一种系留无人机系统的功率极限保护装置及保护方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种系留无人机系统的功率极限保护装置及保护方法，在系留无人机系统瞬态超功率情况下，实现后备电池无缝切入补充能量，降低炸机概率；同时，实现系留无人机系统在地面供电系统异常及系留缆破损的的情况下实现安全迫降。

本发明提供了如下的技术方案：

一种系留无人机系统的功率极限保护装置，所述功率极限保护装置包括直流供电设备、机载供电转换设备、电机以及后备电池；所述机载供电转换设备、电机以及后备电池均设置于无人机上，所述机载供电转换设备用于后备电池的充电以及电机的续航供电，所述电机为高压或低压直接驱动的无刷电机，所述无刷电机为系留无人机提供动力；所述直流供电设备设置于地面上，并通过系留缆连接至机载供电转换设备；所述系留无人机系统瞬态超功率情况下，所述后备电池迅速切换工作模式，进行功率补充。

优选的，所述系留无人机系统还包括功率监测装置，所述功率监测装置包括设置于电机供电导线上的电流传感器以及电压传感器，所述功率监测装置用于根据电流传感器以及电压传感器获取的信号数据从而计算电机的当前功率值。

优选的，所述功率监测装置还包括数据采集模块、交换机以及数据分析模块；所述电流传感器和电压传感器分别连接至数据采集模块，所述交换机通过FFT快速傅里叶变换算法将数据采集模块接收的电流时域信号数据和电压时域信号数据分别转换为电流频域信号数据和电压频域信号数据，所述数据分析模块将交换机输出的电流频域信号数据和电压频域信号数据截取频谱峰值从而计算出当前功率极限。

优选的，所述系留无人机系统瞬态超功率为当前功率极限大于系留无人机系统的预设功率极限。

优选的，所述直流供电设备包括至少100串16并方式组成的电池组以提供320V、80HA电源。

优选的，所述直流供电设备包括状态监测装置，所述状态监测装置用于实时监测直流供电设备的工作电压、工作电流和工作温度中的至少一者。

一种系留无人机系统的功率极限保护装置的保护方法，包括以下步骤：

S1、系留无人机电机选用高压或低压直接驱动的无刷电机；

S2、系留无人机系统工作在机载供电转换设备的输电直接供给电机的模式，同时机载供电转换设备连接后备电池；

S3、机载供电转换设备的输出用于后备电池组件充电及系留无人机系统航电供电，充电功率可控；

S4、在系留无人机电机的瞬态超功率情况下，后备电池迅速切换工作模式，供给系留无人机电机从而进行功率补充，保证系留无人机工作稳定；

S5、在系留无人机的直流供电设备供电异常无法输出情况下，后备电池切换工作，供给系留无人机电机，同时输出告警信号，系留无人机进入紧急迫降状态；

S6、在系留无人机的系留缆破损情况下，后备电池切换工作，供给系留无人机电机，同时输出告警信号，系留无人机进入紧急迫降状态。

本发明的有益效果是：

本发明的一种系留无人机系统的功率极限保护装置及保护方法，后备电池不仅提供紧急迫降功能，而且对瞬间电机功率超出极限值的情况提供补充功率作用，大幅降低炸机的概率；最大化的利用了机载设备，提高了宝贵的机载设备的利用率。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明结构示意图；

图2是本发明的方法流程示意图。

具体实施方式

如图1所示，该系留无人机系统的功率极限保护装置，功率极限保护装置包括直流供电设备、机载供电转换设备、电机以及后备电池；机载供电转换设备、电机以及后备电池均设置于无人机上，机载供电转换设备用于后备电池的充电以及电机的续航供电，电机为高压或低压直接驱动的无刷电机，无刷电机为系留无人机提供动力；直流供电设备设置于地面上，并通过系留缆连接至机载供电转换设备；系留无人机系统瞬态超功率情况下，后备电池迅速切换工作模式，进行功率补充。

为了判断瞬态超功率情况，在系留无人机系统上设置有功率监测装置，功率监测装置包括设置于电机供电导线上的电流传感器以及电压传感器，功率监测装置用于根据电流传感器以及电压传感器获取的信号数据从而计算电机的当前功率值；功率监测装置还包括数据采集模块、交换机以及数据分析模块；电流传感器和电压传感器分别连接至数据采集模块，交换机通过FFT快速傅里叶变换算法将数据采集模块接收的电流时域信号数据和电压时域信号数据分别转换为电流频域信号数据和电压频域信号数据，数据分析模块将交换机输出的电流频域信号数据和电压频域信号数据截取频谱峰值从而计算出当前功率极限；系留无人机系统瞬态超功率为当前功率极限大于系留无人机系统的预设功率极限。

直流供电设备可以选用至少100串16并方式组成的电池组以提供320V、80HA电源；为了判断直流供电设备的异常，直流供电设备设置有状态监测装置，状态监测装置用于实时监测直流供电设备的工作电压、工作电流和工作温度中的至少一者。

如图2所示，该系留无人机系统的功率极限保护装置的保护方法，包括以下步骤：

S1、系留无人机电机选用高压或低压直接驱动的无刷电机；

S2、系留无人机系统工作在机载供电转换设备的输电直接供给电机的模式，同时机载供电转换设备连接后备电池；

S3、机载供电转换设备的输出用于后备电池组件充电及系留无人机系统航电供电，充电功率可控；

S4、在系留无人机电机的瞬态超功率情况下，后备电池迅速切换工作模式，供给系留无人机电机从而进行功率补充，保证系留无人机工作稳定；

S5、在系留无人机的直流供电设备供电异常无法输出情况下，后备电池切换工作，供给系留无人机电机，同时输出告警信号，系留无人机进入紧急迫降状态；

S6、在系留无人机的系留缆破损情况下，后备电池切换工作，供给系留无人机电机，同时输出告警信号，系留无人机进入紧急迫降状态。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。