CN105182944A - 一种无人机全数字固态配电管理系统及配电管理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无人机全数字固态配电管理系统及配电管理方法，配电采用固态功率控制器，配电管理分为配电控制管理与无人机的状态监测及自主复位管理，配电控制管理根据影响飞机安全的分为关键负载、重要负载、一般负载，对于不同负载采用不同的配电管理办法，采用综合管理计算机、飞控计算机、综合检测设备三种路径控制；配电状态监测及自主复位管理为配电装置将自身的状态数据传递给综合管理计算机，综合管理计算机将相关信息转发给飞参记录仪，测控系统和综合检测设备，若因外部线路或设备发生故障或外部干扰引起的非正常掉电时，配电装置针对故障线路实现自动复位。
Description
技术领域
本发明涉及无人机电力供给技术，尤其涉及一种无人机全数字固态配电管理系统及配电管理方法。
背景技术
配电系统作为飞机的重要组成系统，用于将发电机提供的电能传输和分配到飞机各用电设备，其对于无人机的飞行安全及自主飞行具有十分重要的意义。因在无人机飞行的各个阶段，需根据飞机工作状态及飞行阶段执行动态配电，如根据各发电机容量和负载状况,对负载进行合理分配,以使整个系统平衡；当发生故障时的需完成故障定位与隔离，实现系统重构，实现不中断供电和提高容错等级。实现上述目的，配电系统需向更可靠、容错，自动化和可扩展的方向发展，传统的机电式配电系统已不能满足系统需要，采用固态配电技术是当前的发展趋势，全数字固态配电方式采用固态功率控制器代替传统配电方式中的继电器和过载保护器，不仅可以根据任务的需求实现对负载的通断控制，而且在负载或配电线路出现故障时加以保护，在提供相同的功率情况下，重量更轻、体积更小。
国内的无人机目前还处于试研制阶段，现有大多数配电采用传统电磁式及机电式配电，少部分负载配电采用固态配电，配电管理大多还是采用有人机的管理模式，即采用模拟量或开关人工检测，数字化管理也仅针对少数固态配电的设备，全部采用数字化配电管理无人机几乎没有。传统配电管理方法，因管理功能较弱，系统提供信息量较少，则造成无人机的自主性飞行性能较差，且若单点发生故障，无法快速定位及处理相关信息，容错性较差，从而造成飞机的整体安全性较差。
另有中国专利号为201510102414.X，于2015.6.24公开了一种无人机地面控制站的配电系统，涉及无人机地面控制站电力供给技术，能够解决现有配电系统的配电方式无法满足控制站内设备的供电需求的问题。无人机地面控制站的配电系统，与外部电源的电能传输线路连接，包括连接至电能传输线路上的负载设备和第一继电器，还包括与第一继电器连接且用于控制第一继电器的控制器。但上述专利仍采用传统配电管理方法，因管理功能较弱，系统提供信息量较少，则造成无人机的自主性飞行性能较差，且若单点发生故障，无法快速定位及处理相关信息。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺陷，本发明提供了一种无人机全数字固态配电管理系统及配电管理方法，其目的是使无人机配电实现自主管理、电网重要参数监测、动态配电等多项功能，采用全数字式固态配电管理，可针对负载重要程度不同，具备不同配电管理方式，配电工作全过程将工作状态及自检测信息上传，实现整个配电工作情况全面监控。
本发明的全数字固态配电，是指全机所有的配电控制与状态反馈均通过总线以数字方式传递，配电装置自检、配电装置故障信息、各路配电状态信息在配电装置内部总线传递，与综合管理计算机的通信通过外部总线以数字式的方式传递。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种无人机全数字固态配电管理系统，其特征在于：包括综合管理计算机、飞控计算机、综合检测设备、配电装置和负载，所述配电装置内置固态功率控制器；所述配电装置通过总线分别与综合管理计算机、飞控计算机、综合检测设备和负载连接，所述飞控计算机通过总线与综合管理计算机连接，所述综合检测设备通过总线与综合管理计算机连接。
所述综合检测设备是装在综合检测车上，其作用是在地面对全机的各个系统进行检查，测试各系统是否正常工作，用于飞行前的准备及地面调试用。综合检测设备包括计算机及显示器，各系统有相应的控制与显示界面，对配电而信，可发送设备通断电指令，显示各配电装置自检息、各路配电状态显示及是否存在故障。
所述配电装置为用于飞机上各用电设备配电的产品，作用是可接收综合管理计算机指令，执行负载的通断电，可对配电线路进行保护及自动复位，将自检信息、各路配电状态及是否存在故障通过总线传递给综合管理计算机，并转发给飞机上飞控计算机、综合检测设备、测控系统。
还包括飞参记录仪、测控系统，所述飞参记录仪、测控系统通过总线分别与综合管理计算机、飞控计算机连接。
所述的负载包括关键负载、重要负载和一般负载，所述的关键负载包括飞控系统、动力系统和大气数据；所述的重要负载为阻力伞和刹车系统；所述的一般负载为任务负载、环控系统和前置摄像。
一种无人机全数字固态配电管理系统的配电管理方法，所述配电管理方法包括配电控制管理、配电状态监测和自主复位管理；
所述的配电控制管理是利用综合管理计算机、飞控计算机和综合检测设备分别通过配电装置控制对负载的通断电控制，其中综合检测设备控制关键负载，综合管理计算机控制一般负载，飞控计算机控制重要负载；
所述的配电状态监测是将配电装置内部的固态功率控制器的状态数据通过总线上传综合管理计算机，综合管理计算机将状态数据转发给飞控计算机、飞参记录仪测控系统及综合检测设备，实现配电工作的全面监控；
所述的自主复位管理是当外部线路或设备发生故障或外部干扰引起的非正常断电时，配电装置针对故障线路实现自动复位，自动接通相应的负载。
所述综合检测设备控制关键负载的方式为，在地面通过总线给飞机关键负载通断电，配电管理采取与飞行阶段及起落架相关联，就是将关键设备的断电与飞行阶断、起落架相关联，即无人机处于非地面阶段或起落架未放下时，不允许对其进行断电操作。
所述综合管理计算机控制一般负载的方式为，通过总线向配电装置发送无人机动态配电的控制指令，配电装置收到指令并执行，并将控制指令信息通过总线回传综合管理计算机，配电装置对控制指令采用即问即答的方式，即配电装置通过总线收到综合管理计算机的控制指令，收到指令后，立即通过总线回复指令，此方法用于判定配电装置是否收到指令并正确响应，没收到指令就不回复，便于判断综合管理计算机与配电装置之间通信是否正常，响应是否正确。
所述综合管理计算机通过总线向配电装置发送无人机动态配电的控制指令，配电装置接受到指令后，采取三判二的方式响应，所述三判二的方式响应即控制指令发三次，其中两次相同为合格正确信号，配电装置收到指令并执行。
所述飞控计算机控制重要负载，其控制方式采取点对点的离散控制，每一个离散量对应设备的通断电，配电装置收到离散量后，执行相应设备的通断电，并将控制指令信息通过总线传送至综合管理计算机。
所述的配电状态监测，在地面时，通过综合检测设备全程在线监测配电的工作状态；在飞行过程中，配电状态信息通过综合管理计算机至飞参记录仪测控系统中，然后通过飞参记录仪测控系统转发至地面人员，实施全面监测；飞行完成后，通过读取飞参记录仪测控系统的数据，实现全过程配电离线分析。
还包括对备份系统的控制管理，所述备份系统的控制管理采用综合管理计算机与飞控计算机分别控制，综合管理计算机控制刹车，飞控计算机控制应急刹车，并用不同配电装置实现非相似的系统配电余度设计，非相似的配电余度设计是指对于有余度供电要求的设备或系统，采用了不同的控制方式与配电装置，例如：刹车有两套系统，其中一个为正常刹车，另一个应急刹车，机上则采综合管理计算机用总线传递刹车指令给左中配电装置，正常时左中配电装置给刹车供电，当刹车系统故障时，飞控制计算机通过离散控制右中配电装置，右中配电装置给应急刹车供电，左中配电装置与右中配电装置由不同的供货商生产，其采用的硬件、软件均不相同，故称为非相似系统配电余度设计。
本发明具有以下优点：
1、本发明无人机的全数字固态配电管理分为配电控制管理与无人机的状态监测及自主复位管理。配电采用了固态配电技术，其优点为体积小，重量轻，信息量大，具备高功率密度，配电控制管理采用多路径管理和连锁控制，针对负载重要程度不同，具备不同配电管理方式，配电控制方式采用即问即答的方式，可快速判断通信及工作是否正常，通信采用三判二的方式，有备份系统的控制管理，采取非相似的配电余度设计，避免因误操作、设计不完善或干扰等原因造成的误动作，避免共模故障，提高了飞机的抗干扰和安全性。配电状态监测及自主复位管理好处在于发生故障时配电装置其提供状态信息可快速定位配电故障位置及原因，大大减少维护工作量，发生故障时无需人工干预，提高了无人机的自主飞行，减少操作负荷。从整体上提高了飞机的安全性。
附图说明
图1本发明无人机的配电管理框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的说明：
实施例1
一种无人机全数字固态配电管理系统，包括综合管理计算机、飞控计算机、综合检测设备、配电装置和负载，所述配电装置内置固态功率控制器；所述配电装置通过总线分别与综合管理计算机、飞控计算机、综合检测设备和负载连接，所述飞控计算机通过总线与综合管理计算机连接，所述综合检测设备通过总线与综合管理计算机连接。
综合检测设备是装在综合检测车上，其作用是在地面对全机的各个系统进行检查，测试各系统是否正常工作，用于飞行前的准备及地面调试用。综合检测设备包括计算机及显示器，各系统有相应的控制与显示界面，对配电而信，可发送设备通断电指令，显示各配电装置自检息、各路配电状态显示及是否存在故障。
配电装置为用于飞机上各用电设备配电的产品，作用是可接收综合管理计算机指令，执行负载的通断电，可对配电线路进行保护及自动复位，将自检信息、各路配电状态及是否存在故障通过总线传递给综合管理计算机，并转发给飞机上飞控计算机、综合检测设备、测控系统。
还包括飞参记录仪、测控系统，所述飞参记录仪、测控系统通过总线分别与综合管理计算机、飞控计算机连接。
配电采用固态功率控制器，配电管理分为配电控制管理与无人机的状态监测及自主复位管理。配电控制管理根据影响飞机安全的分为关键负载、重要负载、一般负载，对于不同负载采用不同的配电管理办法，现采用综合管理计算机、飞控计算机、综合检测设备三种路径控制；配电状态监测及自主复位管理为配电装置将自身的状态数据传递给综合管理计算机，综合管理计算机将相关信息转发给飞参记录仪，测控系统和综合检测设备，若因外部线路或设备发生故障或外部干扰引起的非正常掉电时，配电装置针对故障线路实现自动复位。
所述的负载包括关键负载、重要负载和一般负载，所述的关键负载包括飞控系统、动力系统和大气数据；所述的重要负载为阻力伞和刹车系统；所述的一般负载为任务负载、环控系统和前置摄像。
一种无人机全数字固态配电管理系统的配电管理方法，所述配电管理方法包括配电控制管理、配电状态监测和自主复位管理；无人机的配电控制管理是利用综合管理计算机、飞控计算机和综合检测设备三种路径控制，分别通过配电装置控制对负载的通断电控制，其中综合检测设备控制关键负载（如飞控系统、动力系统、大气数据系统等），综合检测设备控制关键负载的方式为，在地面通过总线给飞机关键负载通断电，配电管理采取与飞行阶段及起落架相关联，就是将关键设备的断电与飞行阶断、起落架相关联，无人机处于非地面阶段或起落架未放下时，不允许对其进行断电控制。综合管理计算机控制一般负载（如任务负载、环控系统、前置摄像等），飞控计算机控制重要负载（如阻力伞、刹车系统等）；综合管理计算机控制一般负载的方式为，通过总线向配电装置发送无人机动态配电的控制指令，配电装置收到指令并执行，并将控制指令信息通过总线回传综合管理计算机，配电装置对控制指令采用即问即答的方式，即配电装置通过总线收到综合管理计算机的控制指令，收到指令后，立即通过总线回复指令，此方法用于判定配电装置是否收到指令并正确响应，没收到指令就不回复，便于判断综合管理计算机与配电装置之间通信是否正常，响应是否正确，飞控计算机控制重要负载，其控制方式采取点对点的离散控制，每一个离散量对应设备的通断电，配电装置收到离散量后，执行相应设备的通断电，并将控制指令信息通过总线传送至综合管理计算机。所述综合管理计算机通过总线向配电装置发送无人机动态配电的控制指令，配电装置接受到指令后，采取三判二的方式响应，所述三判二的方式响应即控制指令发三次，其中两次相同为合格正确信号，配电装置收到指令并执行。
配电状态监测，配电装置具备自检测功能，能读取配电装置内部的固态功率控制器的状态数据，将配电装置内部的固态功率控制器的状态数据（全过程的工作状态信息）通过总线上传综合管理计算机，综合管理计算机接到配电状态信息后，能过总线将配电状态信息转发给飞控计算机、飞参记录仪测控系统及综合检测设备，从而实现配电工作的全面监控；所述的配电状态监测，在地面时，通过综合检测设备全程在线监测配电的工作状态；在飞行过程中，配电状态信息通过综合管理计算机至飞参记录仪测控系统中，然后通过飞参记录仪测控系统转发至地面人员，实施全面监测；飞行完成后，通过读取飞参记录仪测控系统的数据，实现全过程配电离线分析。
自主复位管理是当外部线路或设备发生故障或外部干扰引起的非正常断电时，配电装置针对故障线路实现自动复位，自动接通相应的负载。
本发明中还包括对备份系统的控制管理，所述备份系统的控制管理采用综合管理计算机与飞控计算机分别控制，综合管理计算机控制刹车，飞控计算机控制应急刹车，并用不同配电装置实现非相似的配电余度设计，非相似的配电余度设计是指对于有余度供电要求的设备或系统，采用了不同的控制方式与配电装置，例如：刹车有两套系统，其中一个为正常刹车，另一个应急刹车，机上则采综合管理计算机用总线传递刹车指令给左中配电装置，正常时左中配电装置给刹车供电，当刹车系统故障时，飞控制计算机通过离散控制右中配电装置，右中配电装置给应急刹车供电，左中配电装置与右中配电装置由不同的供货商生产，其采用的硬件、软件均不相同，故称为非相似配电余度设计。
以某型飞机为例，配电控制管理根据影响飞机安全的分为关键负载、重要负载、一般负载，对于不同负载采用不同的配电管理办法，现采用综合管理计算机、飞控计算机、综合检测设备三种路径控制。
以其中的机上3个配电装置为例，对配电管理方法进行说明。此3个配电装置名称称为右前配电装置、右中配电装置、左中配电装置，它们均采用固态功率控制器，其内部总线为CAN总线，用于配电装置内部控制信号与状态的传递；外部总线配有RS422总线与综合管理计算机通信。其中左中与右中配电装置为关键负载和重要负载配电，右前为任务负载配电。
对于上述所述的关键负载包括飞控系统、动力系统，对于关键负载，我们采用右中配电装置、左中配电装置非相似的双余度供电方式，当这两个中的任一配电盒子正常工作，均可保证关键设备的正常工作。关键负载通断电控制由地面通过地面综合检测设备完成，通电时由综合检测设备发出指令直接上电，但为保证飞行安全，在起落架未放下飞行阶段当处于非地面阶段不允许对其进行断电控制。其实现是左中与右中配电装置通过采集起落架信号（起落架放下为+28V，未放下为悬空），通过RS422接收综合管理计算机飞行阶段信息（16进制0000表示为地面阶段，其余0001-ffff表示非地面阶段），仅当综合管理计算机发出的地面阶段为0000(表示为地面阶段)及起落架信号为+28V时，可接收地面综合检测设备断电控制。
所述的重要负载为刹车系统；刹车有两套系统，其中一个为正常刹车，另一个应急刹车，机上则采综合管理计算机用总线传递刹车指令给左中配电装置，采取三判二的方式响应，所述三判二的方式响应即控制指令发三次，其中两次相同为合格正确信号，配电装置对控制指令采用即问即答的方式，收到指令立即通过总线回复指令，然后并执行。正常时左中配电装置给刹车供电，当刹车系统故障时，飞控制计算机通过离散控制右中配电装置，右中配电装置给应急刹车供电，左中配电装置与右中配电装置由不同的供货商生产，其采用的硬件、软件均不相同，故称为非相似系统配电余度设计。
所述的一般负载为任务负载、环控系统和前置摄像。此种负载挂在右前配电装置，它们的通断电均由综合管理计算机RS422发出控制指令，配电装置接受到指令后，采取三判二的方式响应，所述三判二的方式响应即控制指令发三次，其中两次相同为合格正确信号，配电装置对控制指令采用即问即答的方式，收到指令立即通过总线回复指令，然后并执行。
以上的3个配电装置可实现状态监测，含配电装置自检、配电装置故障信息、各路配电状态信息在配电装置内部总线(CAN总线或RS485)传递，并通过外部总线RS422上传综合管理计算机，由综合管理计算机将状态数据通过1553总线转发给飞控计算机、飞参记录仪、测控系统及综合检测设备，实现配电工作的全面监控。
Claims (10)
1.一种无人机全数字固态配电管理系统，其特征在于：包括综合管理计算机、飞控计算机、综合检测设备、配电装置和负载，所述配电装置内置固态功率控制器；所述配电装置通过总线分别与综合管理计算机、飞控计算机、综合检测设备和负载连接，所述飞控计算机通过总线与综合管理计算机连接，所述综合检测设备通过总线与综合管理计算机连接。
2.根据权利要求1所述的一种无人机全数字固态配电管理系统，其特征在于：还包括飞控记录仪测控系统，所述飞控记录仪测控系统通过总线分别与综合管理计算机、飞控计算机连接。
3.根据权利要求1所述的一种无人机全数字固态配电管理系统，其特征在于：所述的负载包括关键负载、重要负载和一般负载，所述的关键负载包括飞控系统、动力系统和大气数据；所述的重要负载为阻力伞和刹车系统；所述的一般负载为任务负载、环控系统和前置摄像。
4.根据权利要求3所述的一种无人机全数字固态配电管理系统的配电管理方法，其特征在于：所述配电管理方法包括配电控制管理、配电状态监测和自主复位管理；
所述的配电控制管理是利用综合管理计算机、飞控计算机和综合检测设备分别通过配电装置控制对负载的通断电控制，其中综合检测设备控制关键负载，综合管理计算机控制一般负载，飞控计算机控制重要负载；
所述的配电状态监测是将配电装置内部的固态功率控制器的状态数据通过总线上传综合管理计算机，综合管理计算机将状态数据转发给飞控计算机、飞参记录仪测控系统及综合检测设备，实现配电工作的全面监控；
所述的自主复位管理是当外部线路或设备发生故障或外部干扰引起的非正常断电时，配电装置针对故障线路实现自动复位，自动接通相应的负载。
5.根据权利要求4所述的一种无人机全数字固态配电管理系统的配电管理方法，其特征在于：所述综合检测设备控制关键负载的方式为，在地面通过总线给飞机关键负载通断电，配电管理采取与飞行阶段及起落架相关连，无人机处于非地面阶段或起落架未放下时，不允许对其进行断电控制。
6.根据权利要求4所述的一种无人机全数字固态配电管理系统的配电管理方法，其特征在于：所述综合管理计算机控制一般负载的方式为，通过总线向配电装置发送无人机动态配电的控制指令，配电装置收到指令并执行，并将控制指令信息通过总线回传综合管理计算机。
7.根据权利要求6所述的一种无人机全数字固态配电管理系统的配电管理方法，其特征在于：所述综合管理计算机通过总线向配电装置发送无人机动态配电的控制指令，配电装置接受到指令后，采取三判二的方式响应，所述三判二的方式响应即控制指令发三次，其中两次相同为合格正确信号，配电装置收到指令并执行。
8.根据权利要求4所述的一种无人机全数字固态配电管理系统的配电管理方法，其特征在于：所述飞控计算机控制重要负载，其控制方式采取点对点的离散控制，每一个离散信号 对应设备的通断电，配电装置收到离散量后，执行相应设备的通断电，并将控制指令信息通过总线传送至综合管理计算机。
9.根据权利要求4所述的一种无人机全数字固态配电管理系统的配电管理方法，其特征在于：所述的配电状态监测，在地面时，通过综合检测设备全程在线监测配电的工作状态；在飞行过程中，配电状态信息通过综合管理计算机至飞参记录仪测控系统中，然后通过飞参记录仪测控系统转发至地面人员，实施全面监测；飞行完成后，通过读取飞参记录仪测控系统的数据，实现全过程配电离线分析。
10.根据权利要求4所述的一种无人机全数字固态配电管理系统的配电管理方法，其特征在于：还包括对备份系统的控制管理，所述备份系统的控制管理采用综合管理计算机与飞控计算机分别控制，综合管理计算机控制刹车，飞控计算机控制应急刹车，并用不同配电装置实现非相似的配电余度设计。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20151223 |