基于互感检测的无人机对中系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术公开一种基于互感检测的无人机对中系统及其控制方法，在无人机启停台上设置有多个无线充电发射线圈，在无人机机架上设置无线充电接收线圈，多个无线充电发射线圈相对于水平面由内向外依次扩散分布，在无人机启停台上设置有第一控制电路，该第一控制电路用于控制所述多个无线充电发射线圈分别通电且实现每一个无线充电发射线圈与所述无线充电接收线圈之间的互感检测，在无人机机架上还设置有第二控制电路，通过多个无线充电发射线圈和一个无线充电接收线圈，基于各个线圈之间的互感值可以有效确定无人机的当前位置，从而通过第二控制电路控制无人机移动引导无人机准确对中，实现无人机无线充电时的自动停靠，确保充电效率。

UAV centering system and its control method based on mutual inductance detection

【技术实现步骤摘要】
基于互感检测的无人机对中系统及其控制方法
本专利技术涉及无人机
，具体而言涉及一种基于互感检测的无人机对中系统及其控制方法。
技术介绍
随着无线充电技术的发展，其应用越来越广泛，基于无人机的续航能力不足的问题，目前已经有人提出将无线充电技术用于无人机领域的技术方案。如中国专利201910092639.X公开的一种无人机充电系统及其方法，通过在无人机上设置接收线圈，在无人机保护箱中设置无线发射线圈，并且通过升降装置和校准装置调节无线发射线圈的位置，从而确保无线充电系统高效稳定传输。但是其缺陷是：无人机停靠时难以确保准确对中，从而导致无线充电发射线圈和无线充电接收线圈位置出现偏差，导致无线能量信号耦合效率低。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种基于互感检测的无人机对中系统及其控制方法，通过对无线充电发射线圈的布置方式和电路结构进行改进，从而满足无人机停靠时的对中控制，确保无人机无线充电效率。为达成上述目的，结合图1，本专利技术提出一种基于互感检测的无人机对中系统，所述基于互感检测的无人机对中系统包括第一控制电路、第二控制电路、无线充电接收线圈和多个无线充电发射线圈；所述多个无线充电发射线圈设置在无人机启停台上，相对于水平面由内向外依次扩散分布；所述无线充电接收线圈设置在无人机机架上，可与所述多个无线充电发射线圈相耦合；所述第一控制电路与若干个无线充电发射线圈耦合连接，用于控制所述多个无线充电发射线圈分别通电且实现每一个无线充电发射线圈与所述无线充电接收线圈之间的互感检测；所述第二控制电路通过无线网络与所述第一控制电路进行数据交互，所述第二控制电路根据所述第一控制电路的互感检测值控制无人机的飞行方向实现无人机对中停靠，当无人机正对所述无人机启停台停靠时，所述无线充电接收线圈正对最内层的无线充电发射线圈；所述第二控制电路根据所述第一控制电路的互感检测值控制无人机的飞行方向实现无人机对中停靠是指：所述第一控制电路由外向内依次控制每个无线充电发射线圈通电，所述第二控制电路基于每个无线充电发射线圈与无线充电接收线圈的互感值确认无人机与对应无线充电发射线圈的相对位置关系，根据预设的移动策略控制无人机逐层向内移动，直至无人机移至最内层的无线充电发射线圈内部。进一步的实施例中，所述多个无线充电发射线圈分布在同一水平面上。进一步的实施例中，所述无线充电发射线圈呈矩形或圆形。基于前述无人机对中系统，本专利技术还提及一种基于互感检测的无人机对中系统的控制方法，所述控制方法包括：S1、检测是否有无人机靠近无人机启停台；S2、当有无人机靠近无人机启停台时，设j=1，j∈i，i=1,2,…,m，m是无线充电发射线圈总数，i取值越大，对应的无线充电发射线圈Lpi越靠内层；S3、按照第一功率模式控制无线充电发射线圈Lpj工作，根据无线充电发射线圈Lpj与无线充电接收线圈的互感检测值判断无线充电接收线圈是否位于无线充电发射线圈Lpj内部，如果是，进入步骤S5，否则，进入步骤S4；S4、根据预设的移动策略控制无人机向内移动，直至无人机移至无线充电发射线圈Lpj内部，进入步骤S5；S5、判断无线充电发射线圈Lpj是否为最内一层的无线充电发射线圈Lpm，如果是，按照第二功率模式控制最内一层无线充电发射线圈Lpm实现无线充电，结束流程，否则，j加1后，返回步骤S3。进一步的实施例中，所述第一功率模式的发射功率低于第二功率模式的发射功率。进一步的实施例中，步骤S4中，所述根据预设的移动策略控制无人机向内移动包括以下步骤：S41、控制无人机沿x轴正向飞行距离d，d为预设的最小移动距离；S42、判断无线充电发射线圈Lpj与无线充电接收线圈的互感检测值是否增大，如果互感检测值增大，则控制无人机继续沿x轴正向飞行距离d，如果互感检测值减小，则控制无人机沿x轴反向飞行距离3d；S43、根据当前互感检测值判断无线充电接收线圈是否位于对应无线充电发射线圈Lpj内部，如果已到达对应无线充电发射线圈Lpj内部，进入步骤S45，否则，控制无人机沿y轴正向飞行距离d，进入步骤S44；S44、判断无线充电发射线圈Lpj与无线充电接收线圈的互感检测值是否增大，如果互感检测值增大，则控制无人机继续沿y轴正向飞行距离d，如果互感检测值减小，则控制无人机沿y轴反向飞行距离3d；S45、结束本轮移动过程。进一步的实施例中，所述d为相邻两层无线充电发射线圈之间间隙宽度的一半。进一步的实施例中，所述d根据j的取值作动态变化。以上本专利技术的技术方案，与现有相比，其显著的有益效果在于，（1）通过对无线充电发射线圈的布置方式和电路结构进行改进，从而满足无人机停靠时的对中控制，确保无人机无线充电效率。（2）使无人机完成精确停靠的同时进行持续充电，确保无人机具有更加优秀的续航能力，减轻工作人员还需额外给无人机充电的工作负担。（3）每个线圈采用较低的发射功率辅助无人机对中停靠，停靠完成后采用最内层无线充电发射线圈以较高的发射功率进行充电，减少电能损耗，提高了整个对中过程和停靠过程中的充电率。应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的专利技术主题的一部分。另外，所要求保护的主题的所有组合都被视为本公开的专利技术主题的一部分。结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本专利技术教导的前述和其他方面、实施例和特征。本专利技术的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本专利技术教导的具体实施方式的实践中得知。附图说明附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本专利技术的各个方面的实施例，其中：图1为本专利技术提出的基于互感检测的无人机对中系统耦合结构示意图。图2为无人机第一偏离状态下系统耦合结构分布图。图3为无人机第二偏离状态下系统耦合结构分布图。图4为本专利技术提出的基于互感检测的无人机对中系统等效电路图。图5为本专利技术具体实施例中原边线圈Lp1工作时的互感变化曲线。图6为本专利技术具体实施例中原边线圈Lp2工作时的互感变化曲线。图7为本专利技术具体实施例中原边线圈Lp3工作时的互感变化曲线。图8为本专利技术具体实施例中原边线圈Lp4工作时的互感变化曲线。图9为本专利技术具体实施例中原边线圈Lp5工作时的互感变化曲线。图10为本专利技术具体实施例中的无人机移动控制模型图。图11为本专利技术具体实施例中的基于互感检测的无人机对中系统的控制方法的流程图。图12为本专利技术具体实施例中的移动策略示意图。图中标注：1-无线充电发射线圈，2-无线充电接收线圈。...

【技术保护点】
1.一种基于互感检测的无人机对中系统，其特征在于，所述基于互感检测的无人机对中系统包括第一控制电路、第二控制电路、无线充电接收线圈和多个无线充电发射线圈；/n所述多个无线充电发射线圈设置在无人机启停台上，相对于水平面由内向外依次扩散分布；/n所述无线充电接收线圈设置在无人机机架上，可与所述多个无线充电发射线圈相耦合；/n所述第一控制电路与若干个无线充电发射线圈耦合连接，用于控制所述多个无线充电发射线圈分别通电且实现每一个无线充电发射线圈与所述无线充电接收线圈之间的互感检测；/n所述第二控制电路通过无线网络与所述第一控制电路进行数据交互，所述第二控制电路根据所述第一控制电路的互感检测值控制无人机的飞行方向实现无人机对中停靠，当无人机正对所述无人机启停台停靠时，所述无线充电接收线圈正对最内层的无线充电发射线圈；/n所述第二控制电路根据所述第一控制电路的互感检测值控制无人机的飞行方向实现无人机对中停靠是指：/n所述第一控制电路由外向内依次控制每个无线充电发射线圈通电，所述第二控制电路基于每个无线充电发射线圈与无线充电接收线圈的互感值确认无人机与对应无线充电发射线圈的相对位置关系，根据预设的移动策略控制无人机逐层向内移动，直至无人机移至最内层的无线充电发射线圈内部。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于互感检测的无人机对中系统，其特征在于，所述基于互感检测的无人机对中系统包括第一控制电路、第二控制电路、无线充电接收线圈和多个无线充电发射线圈；
所述多个无线充电发射线圈设置在无人机启停台上，相对于水平面由内向外依次扩散分布；
所述无线充电接收线圈设置在无人机机架上，可与所述多个无线充电发射线圈相耦合；
所述第一控制电路与若干个无线充电发射线圈耦合连接，用于控制所述多个无线充电发射线圈分别通电且实现每一个无线充电发射线圈与所述无线充电接收线圈之间的互感检测；
所述第二控制电路通过无线网络与所述第一控制电路进行数据交互，所述第二控制电路根据所述第一控制电路的互感检测值控制无人机的飞行方向实现无人机对中停靠，当无人机正对所述无人机启停台停靠时，所述无线充电接收线圈正对最内层的无线充电发射线圈；
所述第二控制电路根据所述第一控制电路的互感检测值控制无人机的飞行方向实现无人机对中停靠是指：
所述第一控制电路由外向内依次控制每个无线充电发射线圈通电，所述第二控制电路基于每个无线充电发射线圈与无线充电接收线圈的互感值确认无人机与对应无线充电发射线圈的相对位置关系，根据预设的移动策略控制无人机逐层向内移动，直至无人机移至最内层的无线充电发射线圈内部。


2.根据权利要求1所述的基于互感检测的无人机对中系统，其特征在于，所述多个无线充电发射线圈分布在同一水平面上。


3.根据权利要求1所述的基于互感检测的无人机对中系统，其特征在于，所述无线充电发射线圈呈矩形或圆形。


4.一种基于权利要求1所述无人机对中系统的基于互感检测的无人机对中系统的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：
S1、检测是否有无人机靠近无人机启停台；
S2、当有无人机靠近无人机启停台时，设j=1，j∈i，i=1,2,…,m，m是无线充电发射线圈总数，i取值越大，对应的无线充电发射线圈Lpi越靠内层；
S3、按照第一功率模式控制无线充电发射线圈Lpj工作，...

【专利技术属性】
技术研发人员：翟学锋，王成亮，郑海雁，徐妍，杨庆胜，陈宵，许道强，
申请(专利权)人：江苏方天电力技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32