低噪声无人机及其降噪控制方法技术

本发明专利技术公开一种低噪声无人机及其降噪控制方法，设置有机架和机臂，其关键在于：机臂上设置有电机安装舱，电机安装舱内的电机驱动螺旋桨旋转，所述电机安装舱的内壁和底部设有振动采集发生装置，该振动采集发生装置通过传输线与控制器连接，该控制器驱动所述振动采集发生装置自振，抵消电机产生的振动。该振动采集发生装置采集电机产生的振动频率并将振动频率发送给设置在机架上的控制器，该控制器根据振动频率控制所述振动采集发生装置产生与所述振动频率相反的频率的振动来抵消电机产生的振动。采用本发明专利技术的低噪声无人机，能降低无人机电机产生的噪声，并且对无人机的重量没有影响。

【技术实现步骤摘要】
低噪声无人机及其降噪控制方法
本专利技术涉及无人机领域，特别是涉及一种低噪声无人机及其降噪控制方法。
技术介绍
现有的无人机因为结构和材料的原因，无人机在飞行时产生的噪声较大，而在现代的无人机应用中，有部分应用对无人机的噪声有严格要求，比如需要在低噪声环境下进行图像采集，如果无人机飞高，则图像采集可能会不清楚，而如果飞低，则无人机产生的噪声就会加大噪声。无人机产生噪音的主要部件为电动机，电动机的高速旋转使电动机在电动机安装舱内发生振动，从而产生了较大的噪声。在现有技术中通常采用改变电机安装舱的材料和产生频率相反的声音抵消噪声的方式进行降噪。对于改变无人机的材料进行降噪的方式，因为所需材料多为纳米材料，价格较高，增加了无人机的成本。而采用产生相反频率的声音来抵消噪声的方式需要在电机安装舱处安装声音采集装置和声音发生装置。这两个装置不仅增加了整个无人机的重量，而且为保证能在电机安装舱中安装这两个装置，必须增大电机安装舱，增加无人机重量。
技术实现思路
为解决以上技术问题，本专利技术提供一种低噪声无人机及其降噪控制方法，因为声音是通过振动产生，所以通过振动采集发生装置采集电机的振动频率，通过逆压电效应，控制器根据振动频率控制振动采集发生装置产生与振动频率相反振动，抵消电机产生的振动，从而降低噪声。技术方案如下：一种低噪声无人机，设置有机架和机臂，其关键在于：机臂上设置有电机安装舱，电机安装舱内的电机驱动螺旋桨旋转，所述电机安装舱的内壁和底部设有振动采集发生装置，该振动采集发生装置通过传输线与控制器连接，该控制器驱动所述振动采集发生装置自振，抵消电机产生的振动。采用上述结构，振动采集发生装置根据压电效应感应将电机的机械振动转换成电压信号，不会受到其他噪声(如环境噪声)的干扰。控制器对电压信号进行频谱分析得出电机的振动频率，并根据振动频率生成与该振动频率相反的反向频率。控制器根据反向频率生成反向电压信号，振动采集发生装置根据逆压电效应产生与电机振动相反的振动，抵消电机振动，降低噪音。其中，控制器得出振动频率为现有技术，通过电压信号驱动集发生装置产生振动同样是现有技术。更进一步的，所述振动采集发生装置包括第一振动采集发生装置和第二振动采集发生装置，所述第一振动采集发生装置设置在所述电机与电机安装舱底部之间，所述第二振动采集发生装置设置在所述电机与电机安装舱侧壁之间，所述第一振动采集发生装置和第二振动采集发生装置的输出端分别与所述控制器连接。采用上述结构，第一振动采集发生装置能抵消电机上下振动，第二振动采集发生装置能抵消电机左右振动，便于控制器进行振动频率的采集和相反频率的产生，增强降噪效果。更进一步的，所述振动采集发生装置的信号输出端经信号放大器与控制器的输入端连接，所述控制器的输出端经功率放大器与振动采集发生装置的信号输出端连接。采用上述结构，信号放大器能对采集的振动信号进行放大，确保采集的信号的准确性，功率放大器能对控制器输出的控制信号进行放大，便于驱动振动采集发生装置产生自振。更进一步的，所述振动采集发生装置是由N块压电薄膜组成，N块压电薄膜之间采用并联的方式连接，所述信号放大器为电荷放大器，N块压电薄膜经电荷放大器与控制器连接，所述压电薄膜经所述压电薄膜由PVDF(聚偏氟乙烯)制成。N为正整数。采用上述结构，因为单块压电薄膜产生的电压信号或电荷信号都太小，而多块压电薄膜并联能得到更大的电荷信号，并且电荷放大器能将压电薄膜产生的较弱的电荷信号进行放大。所以多块压电薄膜的并联设置和电荷放大器能放大振动采集发生装置采集的信号，便于控制器进行降噪控制。更进一步的，所述振动采集发生装置是由N块压电薄膜组成，N块压电薄膜之间采用串联的方式连接，所述信号放大器为电压放大器，N块压电薄膜经电压放大器与控制器连接，所述压电薄膜经所述压电薄膜由PVDF(聚偏氟乙烯)制成。采用上述结构，因为单块压电薄膜产生的电压信号或电荷信号都太小，而多块压电薄膜串联能得到更大的电压信号，并且电压放大器能将压电薄膜产生的较弱电荷信号进行进一步放大。所以多块压电薄膜的串联设置和电压放大器能放大振动采集发生装置采集的信号，便于控制器进行降噪控制。PVDF制成的压电薄膜对温度的稳定性高，所以电机产生的高温对压电薄膜的影响小，并且PVDF制成的压电薄膜机械强度高，不易损坏，而且重量轻，对无人机的重量几乎没有影响。更进一步的，所述电机安装舱的舱壁开有过线孔，所述振动采集发生装置的传输线通过该过线孔与控制器连接。采用上述结构，便于电机安装舱内电机和振动采集发生装置的布线。更进一步的，所述电机安装舱底部和侧壁分别开有第一过线孔和第二过线孔，所述第一振动采集发生装置和第二振动采集发生装置的传输线分别通过第一过线孔和第二过线孔与控制器连接。更进一步的，所述电机安装舱顶部开有M个散热孔。M为正整数。采用上述结构，散热孔能将电机产生的热量排出电机安装舱，降低电机安装舱的温度。更进一步的，所述电机安装舱顶部设置有轴承，所述传动轴穿过该轴承与螺旋桨连接。采用上述结构，能降低传动轴与电机安装舱的摩擦，减小噪音。一种低噪声无人机的降噪控制方法，其关键在于包括以下步骤：步骤1、获取振动采集发生装置采集到的振动信号；步骤2、对采集到的振动信号进行AD转换，得到振动信号的数字信号；步骤3、对数字信号进行快速傅里叶变换，得到振动的振动频谱和振动相位谱；步骤4、结合振动频谱和振动频谱确定与振动频谱和振动频谱相反的反向频谱和反向相位谱；步骤5、根据反向频谱和反向相位谱确定控制信号；步骤6、对控制信号进行DA转换，驱动振动采集发生装置产生自振。采用上述方法，通过对振动频率的分析能得到控制信号，根据控制信号能驱动振动发生装置产生自振，抵消电机产生的振动。有益效果：采用本专利技术的低噪声无人机，能降低无人机电机产生的噪声，并且对无人机的重量没有影响。附图说明图1为本专利技术的结构示意图；图2为实施例一的电机安装舱的结构示意图；图3为本专利技术的系统结构框图；图4为本专利技术的降噪控制方法流程图；图5为实施例二的电机安装舱的结构示意图。具体实施方式下面结合实施例和附图对本专利技术作进一步说明。实施例一、如图1-4所示，一种低噪声无人机，包括机架1和4根机臂2，4根机臂2对称设置在机架1上，机臂2的一端与机架1固定，另一端与电机安装舱3固定。电机安装舱3内的电机4的传动轴5穿出设在电机安装舱3顶部的轴承9与螺旋桨6连接。电机安装舱3顶部还开有4(M＝4)个用于散热的散热孔8。电机安装舱3内设置有振动采集发生装置7，振动采集发生装置7包括第一振动采集发生装置7a和第二振动采集发生装置7b，所述第一振动采集发生装置7a设置在所述电机4与电机安装舱3底部之间，所述第二振动采集发生装置7b设置在所述电机4与电机安装舱3侧壁之间。第一振动采集发生装置7a和第二振动采集发生装置7b均由多块PVDF聚偏氟乙烯制成的压电薄膜并联组成。所述电机安装舱3底部开有过线孔10，第一振动采集发生装置7a和第二振动采集发生装置7b的传输线13通过该过线孔10与控制器连接。第一振动采集发生装置7a和第二振动采集发生装置7b分别采集电机4产生的上下振动频率和左右振动频率，并将这些振动频率发送给设置在机架1上的控制器，该控制器根据振动频率分别控本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低噪声无人机，设置有机架(1)和机臂(2)，其特征在于：机臂(2)上设置有电机安装舱(3)，电机安装舱(3)内的电机(4)驱动螺旋桨(6)旋转，所述电机安装舱(3)的内壁和底部设有振动采集发生装置(7)，该振动采集发生装置(7)通过传输线(12)与控制器连接，该控制器驱动所述振动采集发生装置(7)自振，抵消电机(4)产生的振动。

【技术特征摘要】
1.一种低噪声无人机，设置有机架(1)和机臂(2)，其特征在于：机臂(2)上设置有电机安装舱(3)，电机安装舱(3)内的电机(4)驱动螺旋桨(6)旋转，所述电机安装舱(3)的内壁和底部设有振动采集发生装置(7)，该振动采集发生装置(7)通过传输线(12)与控制器连接，该控制器驱动所述振动采集发生装置(7)自振，抵消电机(4)产生的振动。2.根据权利要求1所述低噪声无人机，其特征在于：所述振动采集发生装置(7)包括第一振动采集发生装置(7a)和第二振动采集发生装置(7b)，第一振动采集发生装置(7a)和第二振动采集发生装置(7b)分别设置在所述电机安装舱(3)的底部和侧壁，所述第一振动采集发生装置(7a)和第二振动采集发生装置(7b)分别与所述控制器连接。3.根据权利要求1所述低噪声无人机，其特征在于：所述振动采集发生装置(7)的信号输出端经信号放大器与控制器的输入端连接，所述控制器的输出端经功率放大器与振动采集发生装置(7)的信号输出端连接。4.根据权利要求3所述低噪声无人机，其特征在于：所述振动采集发生装置(7)是由N块压电薄膜组成，N块压电薄膜之间采用并联的方式连接，所述信号放大器为电荷放大器，N块压电薄膜经电荷放大器与控制器连接，所述压电薄膜经所述压电薄膜由PVDF(聚偏氟乙烯)制成。5.根据权利要求3所述低噪声无人机，其特征在于：所述振动采集发生装置(7)是由N块压电薄膜组成，N块压电薄膜之间采用串联的方式连...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵兴，李章勇，陈仟仟，姜小明，赵德春，田银，王伟，王岫鑫，黄德勇，冉鹏，程和伟，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50