一种小型长航时固定翼无人机电源控制器系统技术方案

本实用新型专利技术提出一种小型长航时固定翼无人机电源控制器系统，包括整流稳压模块，利用三相整流桥将发电机发出的三相交流电转化为无人机机载电控设备所需要的直流电，并稳压在一定范围；区间发电模块，包括频率转电压模块和电压转开关量模块，共同控制决定发动机在不同频率区间段内是否发电的功能；电源切换模块，实现无人机机载设备供电来源的切换。本实用新型专利技术旨在利用发动机发电为机载电控设备供电，同时不希望引入复杂单片机控制，仅通过硬件设计即可区分发动机转速并实现在适宜区间内供电，在蓄电池组和发电机供电之间流畅转换。

A small power supply controller system for long duration fixed wing UAV

The utility model provides a small long flight time fixed wing unmanned aerial vehicle power controller system, including the rectifier voltage regulator module. The three-phase alternating current of the generator is converted into the DC electric power required by the UAV airborne electronic control equipment by the three-phase rectifier bridge, and the voltage is stabilized in a certain range; the interval power generation module, including the frequency conversion voltage, is used. The module and the voltage switch module are used to control the power generation function of the engine in different frequency intervals, and switch the power switching module to realize the switching of the power supply of the UAV airborne equipment. The utility model is designed to make use of engine power to power the airborne electronic control equipment. At the same time, it does not want to introduce complex single chip microcomputer control. The engine speed is distinguished by the hardware design only, and the power supply can be realized in the suitable range, and the power supply between the battery group and the generator is smoothly converted.

【技术实现步骤摘要】
一种小型长航时固定翼无人机电源控制器系统
本技术属于无人机
，具体涉及一种小型长航时固定翼无人机电源控制器设计系统。
技术介绍
随着无人机技术的进步，小型无人机已广泛应用于边防巡逻、航空摄影、物流配送、军事侦查等领域。无人机续航时间超过24小时即称为长航时无人机，长航时无人机一般用于执行战略或战役侦察任务，具备持久的情报收集和战场监视能力，并且可用作无人作战平台，因而成为当今各国武器装备发展的重点。限制无人机长航时的因素除了动力方面外还有无人机机载电控设备的供电问题，目前大多数无人机仍然采用单一的蓄电池组的供电方案，蓄电池组的密度非常大，装在小型长航时无人机上非常不合理，而且一旦蓄电池组出现故障，必将导致严重的后果。此外，虽然有一些公司提出利用无人机发动机发电为机载电控设备供电，但较少人考虑到蓄电池组和发电机电路的切换问题，更无人考虑到无人机发动机在怠速工况下和全功率输出时不宜分出额外功率为机载电控设备提供电力。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本技术提供一种小型长航时固定翼无人机电源控制器系统，主要目的就是从无人机电控设备供电问题上解决或者提升无人机的续航能力，研制出一种电源控制器，可以利用无人机自身发动机发电为电控设备供电，并合理解决蓄电池组和发电机电路切换问题。技术方案：为实现上述目的，本技术采用的技术方案为：一种小型长航时固定翼无人机电源控制器系统，包括整流稳压模块、区间发电模块和电源切换模块，其中：无人机的发动机分别连接有发电机和所述区间发电模块，再分别连接所述整流稳压模块，所述区间发电模块控制发动机在不同频率区间段内是否发电；所述整流稳压模块连接有电源切换模块，所述电源切换模块控制机载设备与蓄电池组供电模块或所述整流稳压模块连接，实现无人机机载设备供电来源的切换。进一步的，所述区间发电模块依次包括频率转电压模块和电压转开关量模块，共同控制决定发动机在不同频率区间段内是否发电的功能。进一步的，所述频率转电压模块设有“频率/电压”转换器。进一步的，所述整流稳压模块利用三相整流桥将发电机发出的三相交流电转化为无人机机载设备所需要的直流电，稳压输出电压30～55V，输出电流16.8～20A，耐压100V。上述的小型长航时固定翼无人机电源控制器系统的运行方法，根据发动机转速高低判定该转速下是否适宜发电机发电，并据此实现在相应区间内发电，使发动机运行稳定；具体步骤如下：1)无人机飞行分为高转速全负荷/过载工况下的起飞阶段、中间转速工况下的巡航阶段和低转速怠速工况下的降落阶段；2)区间发电模块根据发动机在不同阶段的不同转速产生的电压信号经过处理，得到开关量信号，并据此控制电源切换模块；3)所述区间发电模块划分发电区间为：高转速全负荷/过载工况和低转速怠速工况下，不发电；中间转速工况下进行发电；4)所述电源切换模块控制决定无人机机载设备的供电来源：在中间转速的巡航阶段区间内由发电机为机载电控设备供电，在低转速怠速或者高转速全负荷/过载的区间内由蓄电池组为机载电控设备供电。进一步的，步骤1)的具体方法为：区间发电模块的频率转电压模块利用“频率/电压”转换器，采集发动机转速脉冲频率信号，将所述脉冲频率信号按输出电压正比输入频率的比例关系转换为电压信号；电压转开关量模块将所述按比例转换来的电压信号按需求转换为开关量信号，并传输给所述电源切换模块。进一步的，所述无人机发动机功率级别为4kw，对应的中间转速为2500rpm～5500rpm。有益效果：本技术提供的一种小型长航时固定翼无人机电源控制器系统，与现有技术相比，具有以下优势：本技术主要针对现有技术的不足，考虑到无人机发动机在怠速工况下和全功率输出甚至过载时不宜分出额外功率为机载电控设备提供电力，提出一种不引入单片机等复杂控制机构而直接利用硬件区分发动机转速并实现在适宜区间发电的电源控制器，能够很好地解决无人机长航时问题，同时结构紧凑无需多余设备，能够很好地应用于小型长航时无人机，拓宽了无人机的应用领域。附图说明图1为LM331频率电压转换图。图2为LM339双门限电压比较图。图3为电源控制系统整体示意图。图4为具体实验实例数据绘图。具体实施方式本技术提出一种小型长航时固定翼无人机电源控制器系统，包括整流稳压模块，利用三相整流桥将发电机发出的三相交流电转化为无人机机载电控设备所需要的直流电，并稳压在一定范围；区间发电模块，包括频率转电压模块和电压转开关量模块，共同控制决定发动机在不同频率区间段内是否发电的功能；电源切换模块，实现无人机机载设备供电来源的切换。本技术旨在利用发动机发电为机载电控设备供电，同时不希望引入复杂单片机控制，仅通过硬件设计即可区分发动机转速并实现在适宜区间内供电，在蓄电池组和发电机供电之间流畅转换。本技术的一种小型长航时固定翼无人机电源控制器设计，如图3所示，包括整流稳压模块、区间发电模块和电源切换模块。所述整流稳压模块利用三相整流桥将发电机发出的三相交流电转化为无人机机载电控设备所需要的直流电，并且结合无人机机载电控设备用电特点，稳压输出电压30～55V，输出电流16.8～20A，耐压100V；所述区间发电模块包括频率转电压模块和电压转开关量模块。因为无人机从起飞到落地大致分为三个过程，即起飞阶段、巡航阶段和降落阶段。在起飞阶段，为了产生无人机起飞所应有的动力，发动机转速从0rpm急剧升高，发动机功率全部用来输送动力，此时不宜发电；在降落阶段，无人机发动机转速急剧减少，极易产生失稳等状况，此时亦不宜发电；而在巡航阶段，发动机运行比较平稳，可以分出一部分功率作为发电使用，即无人机发动机在低转速怠速工况下和高转速全负荷甚至过载运行时皆不宜发电，只有在中间转速时可以发电，所述区间发电模块在不引入单片机等复杂控制机构的前提下，提出一种只通过硬件即可区分发动机转速，并划分发电区间，在适宜发电的转速区间内发电的功能。所述频率转电压模块，利用“频率/电压”转换器，直接采集发动机转速脉冲信号，将脉冲频率按比例转换为电压信号。所述电压转开关量模块，将所述按比例转换来的电压信号按需求转换为开关量。所述频率转电压模块和电压转开关量模块实现所述区间发电模块控制发动机在不同频率区间段内是否发电的功能。所述电源切换模块，决定无人机机载设备是通过蓄电池组还是发电机供电，可以实现在巡航区间内由发电机为无人机机载电控设备供电，在怠速或者超功率区间内由蓄电池组为无人机机载电控设备供电，使之能够平顺切换。下面结合附图和实施例对本技术作更进一步的说明。实施例无人机从起飞到落地大致分为三个过程，即起飞阶段、巡航阶段和降落阶段。以无人机发动机功率级别为4kw为例，转速范围在0rpm到7500rpm之间，在0rpm到2500rpm范围内发动机为怠速状态，不稳定，此时不利于发电，在5500rpm到7500rpm范围内发动机已经过载运行，此时也不适合分出一部分功率作为发电使用，故适合发电的发动机功率范围为2500rpm到5500rpm。如图1(a)、(b)所示，所述区间发电模块采用“频率/电压”转化器LM331，直接采集发动机转速脉冲信号，将脉冲频率按比例转换为电压信号；之后，利用LM339双门限电压比较器，将所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种小型长航时固定翼无人机电源控制器系统，其特征在于：包括整流稳压模块、区间发电模块和电源切换模块，其中：无人机的发动机分别连接有发电机和所述区间发电模块，再分别连接所述整流稳压模块，所述区间发电模块控制发动机在不同频率区间段内是否发电；所述整流稳压模块连接有电源切换模块，所述电源切换模块控制机载设备与蓄电池组供电模块或所述整流稳压模块连接，实现无人机机载设备供电来源的切换。

【技术特征摘要】
1.一种小型长航时固定翼无人机电源控制器系统，其特征在于：包括整流稳压模块、区间发电模块和电源切换模块，其中：无人机的发动机分别连接有发电机和所述区间发电模块，再分别连接所述整流稳压模块，所述区间发电模块控制发动机在不同频率区间段内是否发电；所述整流稳压模块连接有电源切换模块，所述电源切换模块控制机载设备与蓄电池组供电模块或所述整流稳压模块连接，实现无人机机载设备供电来源的切换。2.根据权利要求1所述的小型长航时固定翼无人机电源控制器系统，其特征在于：...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏洋，毛建国，马粮，张伟，李静轩，吴昊，贾燕晨，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：新型
国别省市：江苏,32