CN106951650A - 无人机续航能力评估系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无人机续航能力评估系统，其特征是，包括载重评估模块、任务评估模块、机型评估模块、电机评估模块、尺寸评估模块、外界环境评估模块、电池评估模块和汇总处理器，分别将载重评估模块、任务评估模块、机型评估模块、电机评估模块、尺寸评估模块、外界环境评估模块、电池评估模块的信息传递给汇总处理器，得到最终的评估信息。优点：实用性较强，能有效实现无人机续航能力的评估，方便人们了解无人机，帮助人们挑选无人机和评估无人机，具有现实意义，可进行量产而达到普及推广作用，造福社会。

Description

无人机续航能力评估系统

技术领域

本发明涉及一种无人机续航能力评估系统，属于无人飞行器技术领域。

背景技术

目前，无人飞行器已在野外施工、勘探、交通运输、旅游、救援，特别是江河湖泊上工作等领域中得到广泛应用，其主要作用是现场情况的观察、信息的采集、少量物资的传送等。其有着独特的优势，可以垂直升降；不受地形、路途的限制，可以迅速到达需要工作、救援的位置的现场，甚至是人迹罕至的地方，进行近距离的观察；通过摄影、摄像设备，向有关部门的发送视频、图像资料，供有关部门技术人员对现场进行分析判断，或者迅速向现场运送物资，取得很好效果。

不同的任务需要不同的无人机执行，续航和载重是目前无人机发展的瓶颈，由于锂电池的工作效率有限，因此无人机飞行器的续航很难突破一小时，尤其对于有载重强求的无人机。对于无人机新手，很难了解到所购买的无人机续航能力，尤其是不同载重环境下的载重情况。对于自己组装的无人机，评估其续航就更加复杂。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种无人机续航能力的评估系统，方便使用者或者潜在玩家了解各型号无人机的续航能力，挑选能够满足自己需求的无人机或者零部件。

为解决上述技术问题，本发明提供一种无人机续航能力评估系统，其特征是，包括载重评估模块、任务评估模块、机型评估模块、电机评估模块、尺寸评估模块、外界环境评估模块、电池评估模块和汇总处理器，分别将载重评估模块采集的无人机总重量G、任务评估模块采集的任务耗电率X_T、机型评估模块采集的机型耗电值X_M、电机评估模块采集的电机效率值N、尺寸评估模块采集的无人机轴距L、外界环境评估模块采集的环境影响值X_E、电池评估模块采集的放电倍率值C的信息传输给汇总处理器，得到最终评估信息，通过该评估信息判断无人机能否满足任务需要。

进一步地，所述载重评估模块，采集无人机总重量G并将数值输入到汇总处理器。

进一步地，所述任务评估模块，用于对无人机垂直爬升、水平拉锯和斜升、绕行不同飞行状态的耗电效率进行评估，每一种动作状态的耗电效率按照其特征设定特征值，所有特征值与其对应时间的乘积求和即为任务耗电率，任务评估模块将任务耗电率X_T的值传输给汇总处理器，

其中S_i为不同的飞行状态，t_i为该状态对应的时间。

进一步地，所述机型评估模块，查询无人机飞行控制系统并判断机型类别以及子类别，得到机型耗电值X_M，并将机型耗电值X_M传输给汇总处理器。

进一步地，所述电机评估模块通过评估电机的最大通过电流得到电机的效率值，查询无人机飞行控制系统，通过飞行记录和试转电机获取最大电流值时的转速，将电机最大转速N作为电机效率值传输到汇总处理器。

进一步地，所述尺寸评估模块，用于评估无人机轴距，将无人机轴距L输入到尺寸评估模块并传输到汇总处理器。

进一步地，所述外界环境评估模块，用于对执行任务的环境进行评估，采集所选飞行区域的气象信息，对温度、风力大小、风向、湿度值进行运算，得到环境影响值X_E并传输给汇总处理器，其中

X_E＝∏X₁X₂X₃X₄，X_i为上述四个因素对应的特征值，该特征值反应其影响大小。通过控制变量法进行实验得到上诉四个因素的影响特征值，即每次改变一个变量测试得到对续航能力的影响，最终得到可进行运算的特征值。

进一步地，所述电池评估模块，用于评估无人机电池本身的能力，通过监测电池实际的放电倍率得到放电倍率值C，并将放电倍率值C传输给汇总处理器。

进一步地，所述汇总处理器，用于将上述七个评估模块输出的虚拟值进行数学运算，所述汇总处理器最终输出的结果是续航时间，通过公式判断该无人机能否满足任务需要，

a为系数，由实际测试中得到，通过多次实际测试中得到，测试中，每次只更换电机、电池、温度这三个变量中的一个得到不同的续航时间，再将其它变量数据代入到公式中，每次都能得到一个a值，将多次得到的a值进行距平化，取方差最小时的a作为公式的系数，R为最终结果，是一个比值，当比值大于1时，所述无人机续航能力无法完成所述任务；当比值小于1时，所述无人机续航能力可以完成该任务。

本发明所达到的有益效果：

该设计实用性较强，能有效实现无人机续航能力的评估，方便人们了解无人机，帮助人们挑选无人机和评估无人机，具有现实意义。不同于目前研究，对无人机飞行过程中剩余电量尽量估算，该方法可以在飞行前估算续航能力，直接得到能否飞行的结果，而非通过神域电量在进行计算能否完成任务。

附图说明

图1是续航能力评估系统框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示，无人机续航能力评估系统最终结果由汇总处理器得出。汇总处理器是对载重评估模块、任务评估模块、机型评估模块、电机评估模块、尺寸评估模块、外界环境评估模块和电池评估模块这七个模块得出的虚拟值进行运算。所述虚拟值是对使用者输入的真实参数值进行第一步处理得出的结果，即设这七个模块得出虚拟值为(G,X_T,X_M,N,L,X_E,C)，续航能力通过C值反应，其它因素与C的比值乘以系数可得到最终值。其中根据经验选取系数公式，并经多次实验验证公式的误差，得出最优公式，

更具体的，

所述载重评估模块，对所要搭载的仪器进行一个评估，单位为KG，任何无人机都有自己的安全载重，在安全载重内，有效载荷增加了无人机的耗电量，超出了安全载重，不仅加快电力流失，也增加无人机的危险指数。无人机总重直接通过称重装置称量，得到重量G后将数值输入到汇总处理器

所述任务评估模块是指对无人机需要执行的任务进行评估，垂直爬升、水平拉锯和斜升、绕行耗电效率不同，任务评估模块给各种任务设定一个效率值，最后通过这些值的运算来得出最终评估结果。任务评估模块给定无人机可能进行的动作状态、如垂直爬升、水平拉锯和斜升、绕行等，使用者估计任务所需各种动作状态持续的时间。每一种动作状态的耗电效率按照其特征设定特征值，所有特征值与其对应时间的乘积求和即为任务耗电率，任务评估模块将任务耗电率X_T的值传输给汇总处理器。

其中S_i为不同的飞行状态，t_i为该状态对应的时间。

所述机型评估模块，通过一对多数据线连接机型评估模块和飞行控制系统，查询飞控飞行记录判断机型类别以及子类别，机型评估模块得到机型耗电值，所述机型耗电值是一个虚拟的值，用于区分各种机型，将机型耗电值X_M传输给汇总处理器。

所述电机评估模块通过评估电机的尺寸和最大通过电流得到电机的效率值，电机效率值决定了该种电机能达到的转速和抗风能力。通过一对多数据线连接电机评估模块和飞行控制系统，查询飞控飞行记录和试转电机获取最大电流值时的转速，将最大转速N作为电机的效率值传输到汇总处理器。

所述尺寸评估模块独立评估无人机轴距。直接量取无人机轴距以MM为单位作为尺寸值，将尺寸大小L输入到尺寸评估模块并传输到汇总处理器。

所述外界环境评估模块是对执行任务的环境进行评估。外界环境评估模块通过连接网络，直接调取所选飞行区域的气象信息，对温度、风力大小、风向、湿度值等进行运算，得到环境影响值传输给汇总处理器。

X_E＝∏X₁X₂X₃X₄，X_i为上述四个因素对应的特征值，该特征值反应其影响大小。

所述电池评估模块针对的是电池本身的能力。通过监测电池实际的放电倍率C，得到放电倍率值C，传输给汇总处理器。

式中G＝整机重量+有效载荷重量，g取9.8米每秒方，需要指出的是虚拟值没有单位；任务评估模块将所需执行任务划分耗电效率等级，垂直爬升耗电效率取虚拟值2.5，水平拉锯取值1，自由巡航取值1.3。得到的值其实是耗电效率的虚拟值，在整个式子中作为除数；机型分为直升机、固定翼和多旋翼，其中多旋翼还有轴数的不同。机型评估得出的虚拟值除自身因素外受载重和任务的限制，为简化计算，不考虑无人机载重和执行任务超出该无人机的能力范围的情况，则固定翼耗电效率为0.1，直升机0.2，四旋翼为0.4，每增加一个旋翼耗电量增加0.1。八旋翼及以上耗电效率都为0.8。电机评估主要针对的是电机的最大通过电流，最大通过电流决定了电机的转速和耗电效率。电机通过最大电流时的转速，没有单位，作为乘数。尺寸评估作为电机评估的一个延伸，其影响程度较小，电机虚拟值已经决定了尺寸的大概范围，此处作为乘数百分数进行微调。界环境的虚拟值作为百分数乘数，三级风以下顺风为0.8，逆风1.2，乱风为1.1,；三级风到七级风时，顺风0.5，逆风1.5，乱风1.2；温度在0-20度取值1，小于0度或者大于20度取值1.3；相对湿度小于等于30％取值1，几乎不影响，当相对湿度超过30％时，取值1.4，影响较大。

根据上述关系得出模糊公式，其中加上系数，得最终公式系数经过试验得出大概值，测试中，更换电机、电池等变量得到不同的续航时间，再将其它变量数据代入到公式中，每次都能得到一个a值，将多次得到的a值进行距平化，取方差最小时的a作为公式的经验值。因为锂电池的特殊性质，单节电池到3.5V时，电压将变得不稳定，并且急剧下降。

该系统，不仅可以对已有无人机的续航能力进行评估，还可以反向通过对载重、执行任务、环境等条件进行设定，获得推荐的电池、机型、电机等优先解，为用户挑选无人机提供建议。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种无人机续航能力评估系统，其特征是，包括载重评估模块、任务评估模块、机型评估模块、电机评估模块、尺寸评估模块、外界环境评估模块、电池评估模块和汇总处理器，分别将载重评估模块采集的无人机总重量G、任务评估模块采集的任务耗电率X_T、机型评估模块采集的机型耗电值X_M、电机评估模块采集的电机效率值N、尺寸评估模块采集的无人机轴距L、外界环境评估模块采集的环境影响值X_E、电池评估模块采集的放电倍率值C的信息传输给汇总处理器，得到最终评估信息，通过该评估信息判断无人机能否满足任务需要。

2.根据权利要求1所述的一种无人机续航能力评估系统，其特征是，所述载重评估模块，采集无人机总重量G并将数值输入到汇总处理器。

3.根据权利要求1所述的一种无人机续航能力评估系统，其特征是，所述任务评估模块，用于对无人机垂直爬升、水平拉锯和斜升、绕行不同飞行状态的耗电效率进行评估，每一种动作状态的耗电效率按照其特征设定特征值，所有特征值与其对应时间的乘积求和即为任务耗电率，任务评估模块将任务耗电率X_T的值传输给汇总处理器，

其中S_i为不同的飞行状态，t_i为该状态对应的时间。

4.根据权利要求1所述的一种无人机续航能力评估系统，其特征是，所述机型评估模块，查询无人机飞行控制系统并判断机型类别以及子类别，得到机型耗电值X_M，并将机型耗电值X_M传输给汇总处理器。

5.根据权利要求1所述的一种无人机续航能力评估系统，其特征是，所述电机评估模块通过评估电机的最大通过电流得到电机的效率值，查询无人机飞行控制系统，通过飞行记录和试转电机获取最大电流值时的转速，将电机最大转速N作为电机效率值传输到汇总处理器。

6.根据权利要求1所述的一种无人机续航能力评估系统，其特征是，所述尺寸评估模块，用于评估无人机轴距，将无人机轴距L输入到尺寸评估模块并传输到汇总处理器。

7.根据权利要求1所述的一种无人机续航能力评估系统，其特征是，所述外界环境评估模块，用于对执行任务的环境进行评估，采集所选飞行区域的气象信息，对温度、风力大小、风向、湿度值进行运算，得到环境影响值X_E并传输给汇总处理器，其中

X_E＝∏X₁X₂X₃X₄，X_i为上述四个因素对应的特征值，该特征值反应其影响大小，通过控制变量法进行实验得到上诉四个因素的影响特征值。

8.根据权利要求1所述的一种无人机续航能力评估系统，其特征是，所述电池评估模块，用于评估无人机电池本身的能力，通过监测电池实际的放电倍率得到放电倍率值C，并将放电倍率值C传输给汇总处理器。

9.根据权利要求1所述的一种无人机续航能力评估系统，其特征是，所述汇总处理器，用于将上述七个评估模块输出的虚拟值进行数学运算，所述汇总处理器最终输出的结果是续航时间，通过公式判断该无人机能否满足任务需要，

a为系数，通过多次实际测试中得到，测试中，更换电机、电池、温度这三个变量中的一个得到不同的续航时间，再将其它变量数据代入到公式中，每次都能得到一个a值，将多次得到的a值进行距平化，取方差最小时的a作为公式的系数，R为最终结果，是一个比值，当比值大于1时，所述无人机续航能力无法完成所述任务；当比值小于等于1时，所述无人机续航能力可以完成该任务。