CN110341979A - 一种系留无人机系统的闭环线损补偿方法 - Google Patents

一种系留无人机系统的闭环线损补偿方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种系留无人机系统的闭环线损补偿方法，基本实现原理为：P耗＝UI，P损＝I^2R线，当P耗恒定时，电压U越高，I越小，I^2R线越小；本系留无人机系统的闭环线损补偿方法分为有线方式进行闭环补偿方法和无线的方法进行闭环补偿方法；本方案通过地面电源检测补偿线反馈的机载端电压，调整自身的输出，从而最大限度的升高了地面供电电源的输出电源，降低了线缆发热量；同时在无人机轻载的情况下，降低地面供电电源的输出，保证机载端电压不会超过机载电源的额定输入；地面端可以同时发送自身的状态给无人机，例如地面电源故障过温或者过载，均可以通过链路上行发送至无人机，可以进一步提高系统的安全性、可靠性。

Description

一种系留无人机系统的闭环线损补偿方法
技术领域
本发明涉及系留无人机供电策略，本发明并不局限系留无人机，其他高压输电动力设备，系留缆传输电能的供电系统均属于本发明涉及范畴。
背景技术
系留无人机系统是一种采用地面供电，机载大功率电源完成高压转低压的系统。为了降低线损，通常采用的方法是地面AC220V或者AC380V输入转换为DC400-DC1000V或者以上电压，该电压通过系留缆传输至无人机机载端，传输距离可达100米至300米。无人机搭载了机载大功率电源模组，通常电源模组功率为3KW至20KW之间，该电源模组的输入电压为地面端的输出电压，通常为DC300-DC1000V。机载大功率电源输出电压为6s/12s(25.2V、50.4V)。输出的低压直接供给无人机电机。
这种系统中，由于无人机载荷能力有限，电能传输选用了轻型系留缆进行电能传输，系留线缆不可能为无电阻超导体，线径通常为0.75mm^2或者1.5mm^2，回路线电阻约为5欧姆-10欧姆。在电能传输过程中，系留缆产生损耗，电能损耗为I^2*R。最终转换为热能释放。
另一方面，由于系留缆线电阻的存在，在电能输送过程中产生了线压降，例如线电流为8A，回路电阻为10欧姆，线压降则为I*R＝8*10V＝80V，意味地面供电系统输出为400V时，机载端电压仅有320V。
再一方面，机载端电源模块的输入电压有限制，不能超压工作，但是系留无人机系统工作过程中，由于线损的存在，机载电源的输入一般处于远远低于额定电压的工作状态。如果不加限制的的调整地面电源输出，会导致机载电源过压故障，如果不进行补偿，存在线损及低效的电能利用。
为了解决线缆发热及线压降问题及动态补偿，我们亟需一种系留无人机系统的闭环线损补偿方法。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种系留无人机系统的闭环线损补偿方法。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种系留无人机系统的闭环线损补偿方法，所述系留无人机系统的闭环线损补偿方法的基本实现原理为：P耗＝UI，P损＝I^2R线，当P耗恒定时，电压U越高，I越小，I^2R线越小；所述系留无人机系统的闭环线损补偿方法分为有线方式进行闭环补偿方法和无线的方法进行闭环补偿方法。
优选的，所述有线方式进行闭环补偿方法具体包括如下步骤：
S1.更改系留缆线缆结构，内部增加一条补偿线，补偿线实时反馈机载端电压值(模拟量)，由于补偿线并不需要输送大电流，仅仅作为电压参考，所有补偿线两端电压基本一致；
S2.地面电源检测补偿线反馈的机载端电压，调整自身的输出，从而最大限度的升高了地面供电电源的输出电源，且保证不超过机载电源的额定输入；
S3.尽可能的提高地面电压，同等功率下进一步降低了线损，降低了线缆发热量；
S4.同时在无人机轻载的情况下，降低地面供电电源的输出，保证机载端电压不会超过机载电源的额定输入。
优选的，所述无线的方法进行闭环补偿方法具体包括如下步骤：
A.可以在不增加补偿线的情况下，进行闭环补偿；
B.机载端通过模拟、数字电路，对机载输入电压进行检测，通过无线数传的方法，发送给地面端；
C.地面端根据机载端发送的调整数据，调整自身的输出，从而最大限度的升高了地面供电电源的输出电源，且保证不超过机载电源的额定输入；
D.尽可能的提高地面电压，同等功率下进一步降低了线损，降低了线缆发热量；
E.同时在无人机轻载的情况下，降低地面供电电源的输出，保证机载端电压不会超过机载电源的额定输入。
优选的，所述地面端可以同时发送自身的状态给无人机，地面电源故障过温或者过载，均可以通过链路上行发送至无人机。
优选的，所述无线的方法进行闭环补偿方法反馈可以采用单独的数传链路，或者复用无人机飞行控制的数传链路。
优选的，所述系留无人机系统的闭环线损补偿方法的闭环线损补偿调整可采用实时负反馈动态方法；这种动态方法下，地面电源的输出和机载电源的输入具有比例系数关系，具体描述为当机载电源输入电压过低，调高地面电源；当无人机轻载，机载电源输入电压较高，调低地面电源；所有调整过程，不可以超过机载电源额定输入电压范围。
优选的，所述系留无人机系统的闭环线损补偿方法的闭环线损补偿也可以采用结合无人机飞行高度进行定态调整，飞行高度直接关系无人机功率变化，系留飞行模式中，每增加100米，载荷量相当于增加100米线缆的重量，闭环调节可以根据飞行高度进行比例补偿。
本发明提供的一种系留无人机系统的闭环线损补偿方法，与现有技术相比：
1、更改系留缆线缆结构，内部增加一条补偿线，补偿线实时反馈机载端电压值(模拟量)，由于补偿线并不需要输送大电流，仅仅作为电压参考，所有补偿线两端电压基本一致；
2、地面电源检测补偿线反馈的机载端电压，调整自身的输出，从而最大限度的升高了地面供电电源的输出电源，且保证不超过机载电源的额定输入；
3、尽可能的提高地面电压，同等功率下进一步降低了线损，降低了线缆发热量；同时在无人机轻载的情况下，降低地面供电电源的输出，保证机载端电压不会超过机载电源的额定输入；
4、无线的方法进行闭环补偿方法；这种方法不同于有线补偿方法，可以在不增加补偿线的情况下，进行闭环补偿；机载端通过模拟、数字电路，对机载输入电压进行检测，通过无线数传的方法，发送给地面端，地面端根据机载端发送的调整数据，调整自身的输出，从而最大限度的升高了地面供电电源的输出电源，且保证不超过机载电源的额定输入；
5、无线方式反馈的另一个优点是，地面端可以同时发送自身的状态给无人机，例如地面电源故障过温或者过载，均可以通过链路上行发送至无人机，可以进一步提高系统的安全性、可靠性；无线方式反馈可以采用单独的数传链路，或者复用无人机飞行控制的数传链路。
附图说明：
图1为现有技术中常规系留无人机供电系统框图；
图2为电能传输等效框图；
图3为本发明有线方式闭环补偿方法的框图；
图4为本发明无线方式闭环补偿方法的框图。
具体实施方法
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例和说明书附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
一种系留无人机系统的闭环线损补偿方法，所述系留无人机系统的闭环线损补偿方法的基本实现原理为：P耗＝UI，P损＝I^2R线，当P耗恒定时，电压U越高，I越小，I^2R线越小；所述系留无人机系统的闭环线损补偿方法分为有线方式进行闭环补偿方法和无线的方法进行闭环补偿方法。
如图1所示，现有的系留无人机系统供电框图，系留无人机电能输送通过系留缆传输，如果电能传输工作在开环状态，地面高压电源最大输出设置要低于机载电源最大输入。在无人机重载的情况下，由于线压降I*R的存在，导致机载电源的输入更加远低于额定输入，同时线损I^2*R更大。
如附图2，电能传输等效框图，线损为I^2R，线压降为I*R。
如图3所示，我们采用有线方式进行闭环补偿，更改系留缆线缆结构，内部增加一条补偿线，补偿线实时反馈机载端电压值(模拟量)，由于补偿线并不需要输送大电流，仅仅作为电压参考，所有补偿线两端电压基本一致。地面电源检测补偿线反馈的机载端电压，调整自身的输出，从而最大限度的升高了地面供电电源的输出电源，且保证不超过机载电源的额定输入。尽可能的提高地面电压，同等功率下进一步降低了线损，降低了线缆发热量。同时在无人机轻载的情况下，降低地面供电电源的输出，保证机载端电压不会超过机载电源的额定输入。
如图4所示，我们采用了无线的方法进行闭环补偿方法。这种方法不同于图3所示有线补偿方法，可以在不增加补偿线的情况下，进行闭环补偿。机载端通过模拟、数字电路，对机载输入电压进行检测，通过无线数传的方法，发送给地面端，地面端根据机载端发送的调整数据，调整自身的输出，从而最大限度的升高了地面供电电源的输出电源，且保证不超过机载电源的额定输入。尽可能的提高地面电压，同等功率下进一步降低了线损，降低了线缆发热量。同时在无人机轻载的情况下，降低地面供电电源的输出，保证机载端电压不会超过机载电源的额定输入。
无线方式反馈的另一个优点是，地面端可以同时发送自身的状态给无人机，例如地面电源故障过温或者过载，均可以通过链路上行发送至无人机，可以进一步提高系统的安全性、可靠性。
无线方式反馈可以采用单独的数传链路，或者复用无人机飞行控制的数传链路。
在方案实施过程中，闭环线损补偿调整可采用实时负反馈动态方法。这种动态方法下，地面电源的输出和机载电源的输入具有比例系数关系，具体描述为当机载电源输入电压过低，调高地面电源；当无人机轻载，机载电源输入电压较高，调低地面电源。所有调整过程，不可以超过机载电源额定输入电压范围。
在方案实施过程中，闭环线损补偿也可以采用结合无人机飞行高度进行定态调整，飞行高度直接关系无人机功率变化，系留飞行模式中，每增加100米，载荷量相当于增加100米线缆的重量，我们闭环调节可以根据飞行高度进行比例补偿。实施过程为爬升过程，逐步增加地面电压，下降过程，逐步减少地面电压。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方法，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种系留无人机系统的闭环线损补偿方法，其特征在于，所述系留无人机系统的闭环线损补偿方法的基本实现原理为：P耗＝UI，P损＝I^2R线，当P耗恒定时，电压U越高，I越小，I^2R线越小；所述系留无人机系统的闭环线损补偿方法分为有线方式进行闭环补偿方法和无线的方法进行闭环补偿方法。
2.根据权利要求1所述一种系留无人机系统的闭环线损补偿方法，其特征在于：所述有线方式进行闭环补偿方法具体包括如下步骤：
S1.更改系留缆线缆结构，内部增加一条补偿线，补偿线实时反馈机载端电压值，由于补偿线并不需要输送大电流，仅仅作为电压参考，所有补偿线两端电压基本一致；
S2.地面电源检测补偿线反馈的机载端电压，调整自身的输出，从而最大限度的升高了地面供电电源的输出电源，且保证不超过机载电源的额定输入；
S3.尽可能的提高地面电压，同等功率下进一步降低了线损，降低了线缆发热量；
S4.同时在无人机轻载的情况下，降低地面供电电源的输出，保证机载端电压不会超过机载电源的额定输入。
3.根据权利要求1所述一种系留无人机系统的闭环线损补偿方法，其特征在于：所述无线的方法进行闭环补偿方法具体包括如下步骤：
A.可以在不增加补偿线的情况下，进行闭环补偿；
B.机载端通过模拟、数字电路，对机载输入电压进行检测，通过无线数传的方法，发送给地面端；
C.地面端根据机载端发送的调整数据，调整自身的输出，从而最大限度的升高了地面供电电源的输出电源，且保证不超过机载电源的额定输入；
D.尽可能的提高地面电压，同等功率下进一步降低了线损，降低了线缆发热量；
E.同时在无人机轻载的情况下，降低地面供电电源的输出，保证机载端电压不会超过机载电源的额定输入。
4.根据权利要求3所述一种系留无人机系统的闭环线损补偿方法，其特征在于：所述地面端可以同时发送自身的状态给无人机，地面电源故障过温或者过载，均可以通过链路上行发送至无人机。
5.根据权利要求3所述一种系留无人机系统的闭环线损补偿方法，其特征在于：所述无线的方法进行闭环补偿方法反馈可以采用单独的数传链路，或者复用无人机飞行控制的数传链路。
6.根据权利要求1所述一种系留无人机系统的闭环线损补偿方法，其特征在于：所述系留无人机系统的闭环线损补偿方法的闭环线损补偿调整可采用实时负反馈动态方法；这种动态方法下，地面电源的输出和机载电源的输入具有比例系数关系，具体描述为当机载电源输入电压过低，调高地面电源；当无人机轻载，机载电源输入电压较高，调低地面电源；所有调整过程，不可以超过机载电源额定输入电压范围。
7.根据权利要求1所述一种系留无人机系统的闭环线损补偿方法，其特征在于：所述系留无人机系统的闭环线损补偿方法的闭环线损补偿也可以采用结合无人机飞行高度进行定态调整，飞行高度直接关系无人机功率变化，系留飞行模式中，每增加100米，载荷量相当于增加100米线缆的重量，闭环调节可以根据飞行高度进行比例补偿。
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