CN114013667A - 一种固定翼无人机爬升控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及无人机技术领域，尤其涉及一种固定翼无人机爬升控制系统，包括位置传感器、交互设备、处理器、控制器和发动机；位置传感器用于获取固定翼无人机的当前高度点并发送给处理器；交互设备用于获取预期高度点并发送给处理器；处理器用于根据接收到的当前高度点和预期高度点，判断是否有迅速爬升要求，并形成第一判断结果发送给控制器；控制器用于依据接收到的第一判断结果，结合功率调节规则生成调节指令并发送给发动机；发动机用于根据接收到的调节指令调整当前功率，驱动固定翼无人机爬升。本发明提供的固定翼无人机爬升控制系统，能够能有效且切换迅速爬升状态和平稳爬升状态。

Description

一种固定翼无人机爬升控制系统

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，尤其是涉及一种固定翼无人机爬升控制系统。

背景技术

随着无人机技术的发展，无人机的应用越来越多。而固定翼无人机，作为机翼外端后掠角可随速度自动或手动调整的机翼固定的一类无人机，具有续航时间长、高空飞行的特点。

固定翼无人机适用于边境巡航、战术侦察、治安监控、反恐、缉私、缉毒、灾情监视、森林防火、通讯中继、气象监测、地理信息勘察等，同时可完成战场侦察和监视、定位校准、毁伤评估、电子战等领域。这就对无人机性能提出了更高的要求，既需要无人机可以平稳爬升，在某些情况下，也需要无人机可以迅速爬升。

但是，由于高空中的环境复杂，气候条件多变，无人机爬升时会需要根据不同的环境、气候等影响因素选择相应的控制手段，减少环境和气候对无人机在爬升过程中的影响，而如何有效且快速切换迅速爬升和平稳爬升两个状态，是目前无人机爬升控制所需要解决的技术问题。

因此，提供一种能有效且切换迅速爬升状态和平稳爬升状态的固定翼无人机爬升控制系统，是本领域技术人员函待解决的问题。

发明内容

为了使得固定翼无人机在爬升过程中，能够有效且迅速的切换爬升状态和平稳爬升状态，本发明提供了一种固定翼无人机爬升控制系统。

本发明提供的一种固定翼无人机爬升控制系统，包括位置传感器、交互设备、处理器、控制器和发动机：

所述位置传感器与所述处理器相连，用于获取固定翼无人机的当前高度点并发送给所述处理器；

所述交互设备与所述处理器相连，用于获取预期高度点并发送给所述处理器；

所述处理器用于根据接收到的所述当前高度点和所述预期高度点，判断是否有迅速爬升要求，并形成第一判断结果发送给所述控制器；

所述控制器与所述处理器相连，用于依据接收到的所述第一判断结果，结合功率调节规则生成调节指令并发送给所述发动机；

所述发动机与所述控制器相连，用于根据接收到的所述调节指令调整当前功率，驱动所述固定翼无人机爬升。

通过上述技术方案，由处理器判断在当前高度点和预期高度点之间是否有迅速爬升要求，控制器就可以根据判断结果，结合预设的功率调节规则发送调节指令让发动机调整当前功率，从而驱动固定翼无人机进行相应类型的爬升。其中，当前高度点和预期高度点是可以简单获取的数据，功率调节规则是预先设置好的，发动机的当前功率是根据功率调节规则来实时调节的，整个过程中只需要进行爬升的路径是否有迅速爬升要求这一个判断，数据简单易得且发动机功率调节是依据预设规则，因此，能有效且切换迅速爬升状态和平稳爬升状态。

优选的，

若所述第一判断结果为有所述迅速爬升要求，则所述控制器结合所述功率调节规则生成第一调节指令并发送给所述发动机，所述发动机根据接收到的所述第一调节指令将所述当前功率调整为额定功率；

若所述第一判断结果为没有所述迅速爬升要求，则所述控制器结合所述功率调节规则生成第二调节指令并发送给所述发动机，所述发动机根据接收到的所述第二调节指令将所述当前功率调整为巡航功率。

通过上述技术方案，控制器根据第一判断结果为有迅速爬升要求的情况，发送第一调节指令让发动机将当前功率调整为额定功率，从而让发动机达到最大功率，满足迅速爬升要求；另一方面，根据第一判断结果为有迅速爬升要求的情况，控制器发送第一调节指令让发动机将当前功率调整为巡航功率，满足普通爬升要求；即通过迅速爬升要求与否来决定当前功率调节的具体类型，实现迅速爬升状态和平稳爬升状态之间的选择或切换。

优选的，还包括与所述处理器相连的第一存储器，所述第一存储器用于存储预设的爬升率阈值；

若所述第一判断结果为没有所述迅速爬升要求，则所述交互设备还用于获取爬升率需求并发送给所述处理器；

所述处理器还用于从所述存储器中获取所述爬升率阈值，并比较接收到的所述爬升率需求和所述爬升率阈值且形成第一比较结果发送给所述控制器；

若所述第一比较结果为所述爬升率需求大于所述爬升率阈值，则所述控制器结合所述功率调节规则生成第三调节指令并发送给所述发动机，所述发动机根据接收到的所述第三调节指令将所述当前功率调整为第一巡航功率；

若所述第一比较结果为所述爬升率需求小于或等于所述爬升率阈值，则所述控制器结合所述功率调节规则生成第四调节指令并发送给所述发动机，所述发动机根据接收到的所述第四调节指令将所述当前功率调整为第二巡航功率；

其中，所述第二巡航功率的发动机压力值大于所述第一巡航功率的所述发动机压力值。

通过上述技术方案，在第一判断结果是没有迅速爬升要求的前提下，处理器将获取的爬升率需求和爬升率阈值相比较，控制器根据第一比较结果生成第三调节指令或第四调节指令发送至发动机，让其选择将当前功率调整为第一巡航功率或第二巡航功率，从而对不同爬升率需求匹配不同的巡航功率，实现巡航功率和爬升率要求的相匹配，拓宽了爬升控制系统的适用场景。

优选的，所述发动机包括压力调节器及转速调节器；

所述压力调节器与所述控制器相连，用于调节所述发动机的进气压力；

所述转速调节器与所述控制器相连，用于调节所述发动机的发动机转速；

若所述第一判断结果为有所述迅速爬升要求，则所述处理器用于判断所述当前功率是否大于所述额定功率，并形成第二判断结果发送给所述控制器；

若所述第二判断结果为所述当前功率大于所述额定功率，则所述控制器结合功率调节规则生成第五调节指令发送给所述压力调节器和所述转速调节器，所述压力调节器根据接收到的所述第五调节指令降低所述进气压力，所述转速调节器根据接收到的所述第五调节指令减小所述发动机转速；

若所述第二判断结果为所述当前功率小于所述额定功率，则所述控制器结合功率调节规则生成第六调节指令发送给所述压力调节器和所述转速调节器，所述压力调节器根据接收到的所述第六调节指令提高所述进气压力，所述转速调节器根据接收到的所述第六调节指令增大所述发动机转速。

通过上述技术方案，在第一判断结果为有迅速爬升要求的前提下，利用压力调节器和转速调节器，由处理器判断当前功率是否大于所述额定功率，控制器根据此第二判断结果生成第五或第六调节指令，结合功率调节规则调整进气压力和控制发动机转速，从而实现有迅速爬升要求时，结合对发动机进气压力和转速的具体控制，将发动机的当前功率调整为额定功率的具体控制方式，进一步提高了爬升控制的有效性。

同理的，所述发动机包括压力调节器及转速调节器；

所述压力调节器与所述控制器相连，用于调节所述发动机的进气压力；

所述转速调节器与所述控制器相连，用于调节所述发动机的发动机转速；

若所述第一判断结果为没有所述迅速爬升要求，则所述处理器用于判断所述当前功率是否大于所述巡航功率，并形成第三判断结果发送给所述控制器；

若所述第三判断结果为所述当前功率大于所述巡航功率，则所述控制器结合功率调节规则生成第五调节指令发送给所述压力调节器和所述转速调节器，所述压力调节器用于根据接收到的所述第五调节指令降低所述进气压力，所述转速调节器用于根据接收到的所述第五调节指令减小所述发动机转速；

若所述第三判断结果为所述当前功率小于所述巡航功率，则所述控制器结合功率调节规则生成第六调节指令发送给所述压力调节器和所述转速调节器，所述压力调节器用于根据接收到的所述第六调节指令提高所述进气压力，所述转速调节器用于根据接收到的所述第六调节指令增大所述发动机转速。

通过上述技术方案，在第一判断结果为有迅速爬升要求的前提下，利用压力调节器和转速调节器，由处理器判断当前功率是否大于所述额定功率，控制器根据此第二判断结果生成第五或第六调节指令，结合功率调节规则调整进气压力和控制发动机转速，从而实现没有迅速爬升要求时，结合对发动机进气压力和转速的具体控制，将发动机的当前功率调整为巡航功率的具体控制方式，进一步提高了爬升控制的有效性。

优选的，还包括障碍判断器和冰冻判断器；

所述障碍判断器用于判断所述当前高度点和所述预期高度点之间是否有障碍物，生成障碍判断结果并发送给所述处理器；

所述冰冻判断器用于判断所述当前高度点和所述预期高度点之间是否有结冰区，生成冰冻判断结果并发送给所述处理器；

若所述障碍判断结果为有所述障碍物和/或所述冰冻判断结果为有所述结冰区，则所述处理器形成的所述第一判断结果为有所述迅速爬升要求；

若所述障碍判断结果为没有所述障碍物和所述冰冻判断结果为没有所述结冰区，则所述处理器形成的所述第一判断结果为没有所述迅速爬升要求。

通过上述技术方案，利用障碍判断器和冰冻判断器判断当前高度点和预期高度点之间是否有障碍物和/或结冰区，两者只要有其中一个存在，则认定有迅速爬升要求，从而获取是否有迅速爬升要求的判断结果，实现针对特定环境和/或气候的不同爬升控制方式。

优选的，还包括气缸头温度器和滑油进油温度器；

所述气缸头温度器与所述发动机相连，用于获取气缸头温度并发送给所述处理器；

所述滑油进油温度器与所述发动机相连，用于获取滑油进油温度并发送给所述处理器；

所述处理器还用于判断接收到的所述气缸头温度是否大于气缸头温度阈值以及判断接收到的所述滑油进油温度是否大于滑油温度阈值，并形成温度判断结果发送给所述控制器；

若所述温度判断结果为所述气缸头温度大于所述气缸头温度阈值和/或所述滑油进油温度大于所述滑油温度阈值，则所述控制器结合功率调节规则生成第七调节指令并发送给所述发动机，所述发动机根据接收到的所述第七调节指令将所述当前功率调整为普通功率。

通过上述技术方案，采用气缸头温度器和滑油进油温度器获取气缸头温度和滑油进油温度，将两个温度分别与各自对应的温度阈值相比较，根据温度判断结果来决定发动机当前功率是否要调整为普通功率，即进入普通飞行状态；避免在爬升过程中由于发动机的气缸头过热或滑油进油温度过高，所可能造成的发动机功率失常甚至发动机部件损坏的情况，减少由于发动机故障所导致的爬升失败或者飞行事故的发生几率。

优选的，还包括角度调节器、气流传感器和角度传感器；

所述角度调节器与所述控制器相连，用于调节所述固定翼无人机的俯仰角值；

所述气流传感器与所述处理器相连，用于获取当前气流数据并发送给所述处理器；

所述角度传感器与所述处理器相连，用于获取所述俯仰角值；

所述处理器还用于判断接收到的所述当前气流数据中是否有颠簸气流并形成气流判断结果；

若所述气流判断结果为有所述颠簸气流，则所述处理器用于从所述角度传感器中读取所述俯仰角值，并判断所述俯仰角值是否大于俯仰角阈值，生成俯仰角判断结果发送给所述控制器；

若所述俯仰角判断结果为所述俯仰角值大于所述俯仰角阈值，则所述控制器结合功率调节规则生成第八调节指令并发送给所述发动机，所述发动机根据接收到的所述第八调节指令提高所述当前功率；

若所述俯仰角判断结果为所述俯仰角值小于所述俯仰角阈值，则所述控制器生成第九调节指令并发送给所述角度调节器，所述角度调节器根据接收到的所述第九调节指令增大所述俯仰角值。

通过上述技术方案，利用处理器判断气流传感器获取的当前气流数据是否包含颠簸气流，在有颠簸气流的情况下，再由处理器判断角度传感器获取的俯仰角值与俯仰角阈值；控制器根据判断结果发送第八或第九调节指令至发动机或者角度调节器，选择调整发动机当前功率或增大俯仰角值，实现对应颠簸气流环境的控制方式，提升对环境的适用性，降低颠簸气流对爬升或飞行的影响程度。

优选的，还包括爬升高度获取器、汽化器温度传感器和汽化器温控器：

所述爬升高度获取器与所述处理器相连，用于获取爬升高度并发送给所述处理器；

所述汽化器温度传感器与所述处理器相连，用于获取汽化器温度并发送给所述处理器；

所述汽化器温控器与所述控制器相连，用于调节所述汽化器温度；

所述处理器还用于判断接收到的所述爬升高度是否大于爬升阈值，形成爬升高度判断结果；

若所述爬升高度判断结果为所述爬升高度大于所述爬升阈值，则所述处理器还用于从所述汽化器温度传感器中读取所述汽化器温度，并判断所述汽化器温度是否小于汽化器温度阈值，形成汽化器判断结果发送给所述控制器；

若所述汽化器判断结果所述汽化器温度小于汽化器温度阈值，则所述控制器生成汽化器温控指令并发送给所述汽化器温控器，所述汽化器温控器根据接收到的所述汽化器温控指令提高所述汽化器温度。

通过上述技术方案，在处理器判断爬升高度获取器获取的爬升高度大于爬升阈值的前提下，再由处理器判断汽化器温度传感器获取的汽化器温度是否小于汽化器温度阈值，控制器根据汽化器判断结果形成汽化器温控指令，发送给汽化器温控器对汽化器进行加温；实现在一定高度下对汽化器温度的控制，避免由于爬升达到一定高度后，汽化器由于受冷结冰，而导致的不工作或者故障等问题发生。

优选的，还包括高度传感器；

所述高度传感器与所述处理器相连，用于获取当前高度并发送给所述处理器；

所述第一存储器还用于存储设计点高度及实用升限；

所述处理器还用于读取所述第一存储器中的所述设计点高度及所述实用升限，并判断接收到的所述当前高度是否在所述设计点高度及所述实用升限的界定范围内，形成范围界定结果发送给所述控制模块；

若所述范围界定结果为在所述界定范围内，则所述控制模块生成第十调节指令并发送给所述发动机，所述发动机根据接收到的所述第十调节指令调节所述当前功率，使得爬升高度和指示空速满足之间满足预设线性关系。

通过上述技术方案，采用调节当前功率的方式，由处理器判断高度传感器获取的当前高度，是否在设计点高度及实用升限的界定范围内，控制器再根据范围界定结果，发送第十调节指令让发动机调节功率，控制爬升高度和指示空速两者之间满足预设线性关系，进而保障在前述界定范围内，能满足各高度上最大剩余功率所对应的有利爬升速度。

综上所述，本申请采用判断当前高度点和预期高度点之间的迅速爬升要求，根据判断结果调节发动机的当前功率，同时调节时是依据预设好的功率调节规则，调节完毕后发动机即按照调节后的当前功率，驱动固定翼无人机进行相应的爬升动作。其中，当前高度点和预期高度点是可以直接获取的数据，功率调节规则是预先设置好的，发动机的当前功率是根据功率调节规则来实时调节的，整个过程中只需要进行爬升的路径是否有迅速爬升要求这一个判断逻辑，数据简单易得且发动机功率调节是依据判断结果对应的预设规则，因此，能达到有效且切换迅速爬升状态和平稳爬升状态的技术效果。

附图说明

图1是本申请实施例的固定翼无人机爬升控制系统的一种实施方式的示意图；

图2是本申请实施例的固定翼无人机爬升控制系统的其中一种实施方式的示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

本发明实施例提供了一种固定翼无人机爬升控制系统，如图1所示，包括位置传感器1、交互设备2、处理器3、控制器4和发动机5：

位置传感器1与处理器3相连，用于获取固定翼无人机的当前高度点并发送给处理器3；

交互设备2与处理器3相连，用于获取预期高度点并发送给处理器3；

处理器3用于根据接收到的当前高度点和预期高度点，判断是否有迅速爬升要求，并形成第一判断结果发送给控制器4；

控制器4与处理器3相连，用于依据接收到的第一判断结果，结合功率调节规则生成调节指令并发送给发动机5；

发动机5与控制器4相连，用于根据接收到的调节指令调整当前功率，驱动固定翼无人机爬升。

在实际使用中，此固定翼无人机爬升控制系统还会包括给各个部件提供电能的电源模块。当然，电源模块的具体类型可以根据实际需要进行选择，例如采用直流直接供电，或者采用交流转直流供电，也可以采用超级电容或者其它可充放电的蓄电电源。而电源模块的数量也可以进行不同的选择，例如前述各个部件均提供一个对应的电源模块，或者共用一个电源模块，也可以其中几个部件共用一个电源模块。

本实施例中，位置传感器1所获取的当前高度点，是表示无人机当前所在空域的具体位置，预期高度点是表示无人机将要或者预计要到达的空域位置，不是单指这两个位置的高度值，而是对应空中一个具体位置，两者也可以称为当前高度位置和预期高度位置。

而交互设备2在本实施中也可以采用多种不同的具体设备，例如从键盘输入预期高度点，或者语音识别器从语音中获取预期高度点，或者从预存的航线规划中分析出当前的语气高度点，即只要能够实现人机交互或数据交互或者分析交互即可，不限制于具体设备。

需要注意的是，处理器3判断是否有迅速爬升要求，可以是直接从预存的航线规划中根据当前高度点和预期高度点直接得到，或者根据当前高度点和预期高度点之间的空域判断，具体方式在此不再累述。

通过上述技术方案，由处理器3判断在当前高度点和预期高度点之间是否有迅速爬升要求，控制器4就可以根据判断结果，结合预设的功率调节规则发送调节指令让发动机5调整当前功率，从而驱动固定翼无人机进行相应类型的爬升。其中，当前高度点和预期高度点是可以简单获取的数据，功率调节规则是预先设置好的，发动机5的当前功率是根据功率调节规则来实时调节的，整个过程中只需要进行爬升的路径是否有迅速爬升要求这一个判断，数据简单易得且发动机5功率调节是依据预设规则，因此，能有效且切换迅速爬升状态和平稳爬升状态。

在本实施例的其中一种实施方式中，若第一判断结果为有迅速爬升要求，则控制器4结合功率调节规则生成第一调节指令并发送给发动机5，发动机5根据接收到的第一调节指令将当前功率调整为额定功率；

若第一判断结果为没有迅速爬升要求，则控制器4结合功率调节规则生成第二调节指令并发送给发动机5，发动机5根据接收到的第二调节指令将当前功率调整为巡航功率。

即实际运用中，发动机当前功率调整为额定功率后，无人机进入迅速爬升状态；而发动机当前功率调整为巡航功率后，无人机进入平稳爬升状态。在本实施例中，以飞行重量为4750-5250公斤的固定翼无人机为例，其额定功率下发动机转速为2100转/分，巡航功率下发动机转速为1850转/分。

通过上述技术方案，控制器4根据第一判断结果为有迅速爬升要求的情况，发送第一调节指令让发动机5将当前功率调整为额定功率，从而让发动机5达到最大功率，满足迅速爬升要求；另一方面，根据第一判断结果为有迅速爬升要求的情况，控制器4发送第一调节指令让发动机5将当前功率调整为巡航功率，满足普通爬升要求；即通过迅速爬升要求与否来决定当前功率调节的具体类型，实现迅速爬升状态和平稳爬升状态之间的选择或切换。

在本实施例的其中一种实施方式中，如图2所示，还包括与处理器3相连的第一存储器6，第一存储器6用于存储预设的爬升率阈值；

若第一判断结果为没有迅速爬升要求，则交互设备2还用于获取爬升率需求并发送给处理器3；

处理器3还用于从第一存储器6中获取爬升率阈值，并比较接收到的爬升率需求和爬升率阈值且形成第一比较结果发送给控制器4；

若第一比较结果为爬升率需求大于爬升率阈值，则控制器4结合功率调节规则生成第三调节指令并发送给发动机5，发动机5根据接收到的第三调节指令将当前功率调整为第一巡航功率；

若第一比较结果为爬升率需求小于或等于爬升率阈值，则控制器4结合功率调节规则生成第四调节指令并发送给发动机5，发动机5根据接收到的第四调节指令将当前功率调整为第二巡航功率；

其中，第二巡航功率的发动机压力值大于第一巡航功率的发动机压力值。

在实际使用中，如果需要大的爬升率和短的爬升时间，发动机当前功率调整为发动机压力值较大的第二巡航功率，如果需要小的爬升率和少的耗油量，发动机当前功率调整为发动机压力值较小的第一巡航功率。即第一巡航功率所对应的爬升率需求小于第二巡航功率所对应的爬升率需求。

在本实施中，第一巡航功率的发动机转速为1850转/分，发动机压力值为700毫米水银柱；第二巡航功率的发动机转速为1850转/分，发动机压力值为760毫米水银柱。

通过上述技术方案，在第一判断结果是没有迅速爬升要求的前提下，处理器3将获取的爬升率需求和爬升率阈值相比较，控制器4根据第一比较结果生成第三调节指令或第四调节指令发送至发动机5，让其选择将当前功率调整为第一巡航功率或第二巡航功率，从而对不同爬升率需求匹配不同的巡航功率，实现巡航功率和爬升率要求的相匹配，拓宽了爬升控制系统的适用场景。

在本实施例的其中一种实施方式中，如图2所示，发动机5包括压力调节器51及转速调节器52；

压力调节器51与控制器4相连，用于调节发动机5的进气压力；

转速调节器52与控制器4相连，用于调节发动机5的发动机转速；

若第一判断结果为有迅速爬升要求，则处理器3用于判断当前功率是否大于额定功率，并形成第二判断结果发送给控制器4；

若第二判断结果为当前功率大于额定功率，则控制器4结合功率调节规则生成第五调节指令发送给压力调节器51和转速调节器52，压力调节器51根据接收到的第五调节指令降低进气压力，转速调节器52根据接收到的第五调节指令减小发动机转速；

若第二判断结果为当前功率小于额定功率，则控制器4结合功率调节规则生成第六调节指令发送给压力调节器51和转速调节器52，压力调节器51根据接收到的第六调节指令提高进气压力，转速调节器52根据接收到的第六调节指令增大发动机转速。

在实际使用中，压力调节器51及转速调节器52可以设置在发动机5中，作为发动机5本身的构成组件；也可以设置在发动机5外，作为控制发动机5的外部组件。

通过上述技术方案，在第一判断结果为有迅速爬升要求的前提下，利用压力调节器51和转速调节器52，由处理器3判断当前功率是否大于额定功率，控制器4根据此第二判断结果生成第五或第六调节指令，结合功率调节规则调整进气压力和控制发动机转速，从而实现有迅速爬升要求时，结合对发动机5进气压力和转速的具体控制，将发动机5的当前功率调整为额定功率的具体控制方式，进一步提高了爬升控制的有效性。

在本实施例的其中一种实施方式中，如图2所示，发动机5包括压力调节器51及转速调节器52；

压力调节器51与控制器4相连，用于调节发动机5的进气压力；

转速调节器52与控制器4相连，用于调节发动机5的发动机转速；

若第一判断结果为没有迅速爬升要求，则处理器3用于判断当前功率是否大于巡航功率，并形成第三判断结果发送给控制器4；

若第三判断结果为当前功率大于巡航功率，则控制器4结合功率调节规则生成第五调节指令发送给压力调节器51和转速调节器52，压力调节器51用于根据接收到的第五调节指令降低进气压力，转速调节器52用于根据接收到的第五调节指令减小发动机转速；

若第三判断结果为当前功率小于巡航功率，则控制器4结合功率调节规则生成第六调节指令发送给压力调节器51和转速调节器52，压力调节器51用于根据接收到的第六调节指令提高进气压力，转速调节器52用于根据接收到的第六调节指令增大发动机转速。

在实际使用中，压力调节器51及转速调节器52可以设置在发动机5中，作为发动机5本身的构成组件；也可以设置在发动机5外，作为控制发动机5的外部组件。

通过上述技术方案，在第一判断结果为有迅速爬升要求的前提下，利用压力调节器51和转速调节器52，由处理器3判断当前功率是否大于额定功率，控制器4根据此第二判断结果生成第五或第六调节指令，结合功率调节规则调整进气压力和控制发动机转速，从而实现没有迅速爬升要求时，结合对发动机5进气压力和转速的具体控制，将发动机5的当前功率调整为巡航功率的具体控制方式，进一步提高了爬升控制的有效性。

在本实施例的其中一种实施方式中，如图2所示，还包括障碍判断器7和冰冻判断器8；

障碍判断器7用于判断当前高度点和预期高度点之间是否有障碍物，生成障碍判断结果并发送给处理器3；

冰冻判断器8用于判断当前高度点和预期高度点之间是否有结冰区，生成冰冻判断结果并发送给处理器3；

若障碍判断结果为有障碍物和/或冰冻判断结果为有结冰区，则处理器3形成的第一判断结果为有迅速爬升要求；

若障碍判断结果为没有障碍物和冰冻判断结果为没有结冰区，则处理器3形成的第一判断结果为没有迅速爬升要求。

在本实施例中，在有迅速爬升要求即必须迅速爬升时，例如需要飞跃障碍物和/或需要飞出结冰区等，发动机5额定功率状态下的发动机转速为2100转/分，发动机压力值为900毫米水银柱。

而障碍判断器7可以采用激光发受器或者声波发受器，即通过发射激光或者声波并判断是否有接受到相应反馈，判断是否障碍物。另外，冰冻判断器8可以采用图像识别器或者具备温度传感器的障碍判断器7，即通过识别图像中是否含有结冰区域或者冰块，或者判断障碍物的温度是否出于结冰温度。

通过上述技术方案，利用障碍判断器7和冰冻判断器8判断当前高度点和预期高度点之间是否有障碍物和/或结冰区，两者只要有其中一个存在，则认定有迅速爬升要求，从而获取是否有迅速爬升要求的判断结果，实现针对特定环境和/或气候的不同爬升控制方式。

在本实施例的其中一种实施方式中，如图2所示，还包括气缸头温度器9和滑油进油温度器10；

气缸头温度器9与发动机5相连，用于获取气缸头温度并发送给处理器3；

滑油进油温度器10与发动机5相连，用于获取滑油进油温度并发送给处理器3；

处理器3还用于判断接收到的气缸头温度是否大于气缸头温度阈值以及判断接收到的滑油进油温度是否大于滑油温度阈值，并形成温度判断结果发送给控制器4；

若温度判断结果为气缸头温度大于气缸头温度阈值和/或滑油进油温度大于滑油温度阈值，则控制器4结合功率调节规则生成第七调节指令并发送给发动机5，发动机5根据接收到的第七调节指令将当前功率调整为普通功率。

在本实施例中，气缸头温度的一般允许范围为120℃至225℃，滑油进油温度的一般允许范围60-75℃。而两者允许的最高温度如下：气缸头温度：245℃，且时间要求为起飞状态不超过5分钟、其它状态不超过15分钟；滑油进油温度：85℃，且时间要求为不超过3分钟。如果温度超过范围或者在最高温度的时间要求之外，则发动机当前功率调整为普通功率，使得无人机退出爬升状态。

而气缸头温度器9和滑油进油温度器10均可以采用感温传感器，只是各自对应的位置不同，具体类型及连接方式在此不再累述。

通过上述技术方案，采用气缸头温度器9和滑油进油温度器10获取气缸头温度和滑油进油温度，将两个温度分别与各自对应的温度阈值相比较，根据温度判断结果来决定发动机当前功率是否要调整为普通功率，即进入普通飞行状态；避免在爬升过程中由于发动机5的气缸头过热或滑油进油温度过高，所可能造成的发动机5功率失常甚至发动机5部件损坏的情况，减少由于发动机5故障所导致的爬升失败或者飞行事故的发生几率。

在本实施例的其中一种实施方式中，如图2所示，还包括角度调节器11、气流传感器12和角度传感器13；

角度调节器11与控制器4相连，用于调节固定翼无人机的俯仰角值；

气流传感器12与处理器3相连，用于获取当前气流数据并发送给处理器3；

角度传感器13与处理器3相连，用于获取俯仰角值；

处理器3还用于判断接收到的当前气流数据中是否有颠簸气流并形成气流判断结果；

若气流判断结果为有颠簸气流，则处理器3用于从角度传感器13中读取俯仰角值，并判断俯仰角值是否大于俯仰角阈值，生成俯仰角判断结果发送给控制器4；

若俯仰角判断结果为俯仰角值大于俯仰角阈值，则控制器4结合功率调节规则生成第八调节指令并发送给发动机5，发动机5根据接收到的第八调节指令提高当前功率；

若俯仰角判断结果为俯仰角值小于俯仰角阈值，则控制器4生成第九调节指令并发送给角度调节器11，角度调节器11根据接收到的第九调节指令增大俯仰角值。

在本实施例中，在颠簸的气流中爬升时，可以通过加大发动机5功率或者增大俯仰角提高爬升速度，理想的效果是将爬升速度提高10-15公里/小时而爬升率减小并不显著。

通过上述技术方案，利用处理器3判断气流传感器12获取的当前气流数据是否包含颠簸气流，在有颠簸气流的情况下，再由处理器3判断角度传感器13获取的俯仰角值与俯仰角阈值；控制器4根据判断结果发送第八或第九调节指令至发动机5或者角度调节器11，选择调整发动机当前功率或增大俯仰角值，实现对应颠簸气流环境的控制方式，提升对环境的适用性，降低颠簸气流对爬升或飞行的影响程度。

在本实施例的其中一种实施方式中，如图2所示，还包括爬升高度获取器14、汽化器温度传感器15和汽化器温控器16：

爬升高度获取器14与处理器3相连，用于获取爬升高度并发送给处理器3；

汽化器温度传感器15与处理器3相连，用于获取汽化器温度并发送给处理器3；

汽化器温控器16与控制器4相连，用于调节汽化器温度；

处理器3还用于判断接收到的爬升高度是否大于爬升阈值，形成爬升高度判断结果；

若爬升高度判断结果为爬升高度大于爬升阈值，则处理器3还用于从汽化器温度传感器15中读取汽化器温度，并判断汽化器温度是否小于汽化器温度阈值，形成汽化器判断结果发送给控制器4；

若汽化器判断结果汽化器温度小于汽化器温度阈值，则控制器4生成汽化器温控指令并发送给汽化器温控器16，汽化器温控器16根据接收到的汽化器温控指令提高汽化器温度。

在本实施例中，当爬升高度达到爬升阈值例如300米高度后，对汽化器温度进行监测，汽化器温度小于汽化器温度阈值例如3℃时，应对汽化器进行加温，避免汽化器发生冰冻而失去效用。

通过上述技术方案，在处理器3判断爬升高度获取器14获取的爬升高度大于爬升阈值的前提下，再由处理器3判断汽化器温度传感器15获取的汽化器温度是否小于汽化器温度阈值，控制器4根据汽化器判断结果形成汽化器温控指令，发送给汽化器温控器16对汽化器进行加温；实现在一定高度下对汽化器温度的控制，避免由于爬升达到一定高度后，汽化器由于受冷结冰，而导致的不工作或者故障等问题发生。

在本实施例的其中一种实施方式中，如图2所示，还包括高度传感器17；

高度传感器17与处理器3相连，用于获取当前高度并发送给处理器3；

第一存储器6还用于存储设计点高度及实用升限；

处理器3还用于读取第一存储器6中的设计点高度及实用升限，并判断接收到的当前高度是否在设计点高度及实用升限的界定范围内，形成范围界定结果发送给控制模块；

若范围界定结果为在界定范围内，则控制模块生成第十调节指令并发送给发动机5，发动机5根据接收到的第十调节指令调节当前功率，使得爬升高度和指示空速满足之间满足预设线性关系。

在本实施例中，爬升高度和指示空速满足之间满足的预设线性关系具体为，在设计点高度例如1750米以上，实用升限以下，对应各高度上最大剩余功率的有利爬升速度，一般可这样近似选取：每爬升1000米高度，如果需要保持最佳的爬升率，指示空速应减小5公里/小时。

通过上述技术方案，采用调节当前功率的方式，由处理器3判断高度传感器17获取的当前高度，是否在设计点高度及实用升限的界定范围内，控制器4再根据范围界定结果，发送第十调节指令让发动机5调节功率，控制爬升高度和指示空速两者之间满足预设线性关系，进而保障在前述界定范围内，能满足各高度上最大剩余功率所对应的有利爬升速度。

本申请实施例所涉及的存储器或者计算机可读存储介质包括随机存储器（RAM）、内存、只读存储器（ROM）、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

应该理解的是，虽然附图的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，其可以以其他的顺序执行。而且，附图的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，其执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其他步骤或者其他步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种固定翼无人机爬升控制系统，其特征在于，包括位置传感器、交互设备、处理器、控制器和发动机：

所述位置传感器与所述处理器相连，用于获取固定翼无人机的当前高度点并发送给所述处理器；

所述交互设备与所述处理器相连，用于获取预期高度点并发送给所述处理器；

所述处理器用于根据接收到的所述当前高度点和所述预期高度点，判断是否有迅速爬升要求，并形成第一判断结果发送给所述控制器；

所述控制器与所述处理器相连，用于依据接收到的所述第一判断结果，结合功率调节规则生成调节指令并发送给所述发动机；

所述发动机与所述控制器相连，用于根据接收到的所述调节指令调整当前功率，驱动所述固定翼无人机爬升。

2.根据权利要求1所述的固定翼无人机爬升控制系统，其特征在于，若所述第一判断结果为有所述迅速爬升要求，则所述控制器结合所述功率调节规则生成第一调节指令并发送给所述发动机，所述发动机根据接收到的所述第一调节指令将所述当前功率调整为额定功率；

若所述第一判断结果为没有所述迅速爬升要求，则所述控制器结合所述功率调节规则生成第二调节指令并发送给所述发动机，所述发动机根据接收到的所述第二调节指令将所述当前功率调整为巡航功率。

3.根据权利要求2所述的固定翼无人机爬升控制系统，其特征在于，还包括与所述处理器相连的第一存储器，所述第一存储器用于存储预设的爬升率阈值；

若所述第一判断结果为没有所述迅速爬升要求，则所述交互设备还用于获取爬升率需求并发送给所述处理器；

所述处理器还用于从所述存储器中获取所述爬升率阈值，并比较接收到的所述爬升率需求和所述爬升率阈值且形成第一比较结果发送给所述控制器；

若所述第一比较结果为所述爬升率需求大于所述爬升率阈值，则所述控制器结合所述功率调节规则生成第三调节指令并发送给所述发动机，所述发动机根据接收到的所述第三调节指令将所述当前功率调整为第一巡航功率；

若所述第一比较结果为所述爬升率需求小于或等于所述爬升率阈值，则所述控制器结合所述功率调节规则生成第四调节指令并发送给所述发动机，所述发动机根据接收到的所述第四调节指令将所述当前功率调整为第二巡航功率；

其中，所述第二巡航功率的发动机压力值大于所述第一巡航功率的所述发动机压力值。

4.根据权利要求2所述的固定翼无人机爬升控制系统，其特征在于，所述发动机包括压力调节器及转速调节器；

所述压力调节器与所述控制器相连，用于调节所述发动机的进气压力；

所述转速调节器与所述控制器相连，用于调节所述发动机的发动机转速；

若所述第一判断结果为有所述迅速爬升要求，则所述处理器用于判断所述当前功率是否大于所述额定功率，并形成第二判断结果发送给所述控制器；

若所述第二判断结果为所述当前功率大于所述额定功率，则所述控制器结合功率调节规则生成第五调节指令发送给所述压力调节器和所述转速调节器，所述压力调节器根据接收到的所述第五调节指令降低所述进气压力，所述转速调节器根据接收到的所述第五调节指令减小所述发动机转速；

若所述第二判断结果为所述当前功率小于所述额定功率，则所述控制器结合功率调节规则生成第六调节指令发送给所述压力调节器和所述转速调节器，所述压力调节器根据接收到的所述第六调节指令提高所述进气压力，所述转速调节器根据接收到的所述第六调节指令增大所述发动机转速。

5.根据权利要求2所述的固定翼无人机爬升控制系统，其特征在于，所述发动机包括压力调节器及转速调节器；

所述压力调节器与所述控制器相连，用于调节所述发动机的进气压力；

所述转速调节器与所述控制器相连，用于调节所述发动机的发动机转速；

若所述第一判断结果为没有所述迅速爬升要求，则所述处理器用于判断所述当前功率是否大于所述巡航功率，并形成第三判断结果发送给所述控制器；

若所述第三判断结果为所述当前功率大于所述巡航功率，则所述控制器结合功率调节规则生成第五调节指令发送给所述压力调节器和所述转速调节器，所述压力调节器用于根据接收到的所述第五调节指令降低所述进气压力，所述转速调节器用于根据接收到的所述第五调节指令减小所述发动机转速；

若所述第三判断结果为所述当前功率小于所述巡航功率，则所述控制器结合功率调节规则生成第六调节指令发送给所述压力调节器和所述转速调节器，所述压力调节器用于根据接收到的所述第六调节指令提高所述进气压力，所述转速调节器用于根据接收到的所述第六调节指令增大所述发动机转速。

6.根据权利要求1所述的固定翼无人机爬升控制系统，其特征在于，还包括障碍判断器和冰冻判断器；

所述障碍判断器用于判断所述当前高度点和所述预期高度点之间是否有障碍物，生成障碍判断结果并发送给所述处理器；

所述冰冻判断器用于判断所述当前高度点和所述预期高度点之间是否有结冰区，生成冰冻判断结果并发送给所述处理器；

若所述障碍判断结果为有所述障碍物和/或所述冰冻判断结果为有所述结冰区，则所述处理器形成的所述第一判断结果为有所述迅速爬升要求；

若所述障碍判断结果为没有所述障碍物和所述冰冻判断结果为没有所述结冰区，则所述处理器形成的所述第一判断结果为没有所述迅速爬升要求。

7.根据权利要求1所述的固定翼无人机爬升控制系统，其特征在于，还包括气缸头温度器和滑油进油温度器；

所述气缸头温度器与所述发动机相连，用于获取气缸头温度并发送给所述处理器；

所述滑油进油温度器与所述发动机相连，用于获取滑油进油温度并发送给所述处理器；

所述处理器还用于判断接收到的所述气缸头温度是否大于气缸头温度阈值以及判断接收到的所述滑油进油温度是否大于滑油温度阈值，并形成温度判断结果发送给所述控制器；

若所述温度判断结果为所述气缸头温度大于所述气缸头温度阈值和/或所述滑油进油温度大于所述滑油温度阈值，则所述控制器结合功率调节规则生成第七调节指令并发送给所述发动机，所述发动机根据接收到的所述第七调节指令将所述当前功率调整为普通功率。

8.根据权利要求1所述的固定翼无人机爬升控制系统，其特征在于，还包括角度调节器、气流传感器和角度传感器；

所述角度调节器与所述控制器相连，用于调节所述固定翼无人机的俯仰角值；

所述气流传感器与所述处理器相连，用于获取当前气流数据并发送给所述处理器；

所述角度传感器与所述处理器相连，用于获取所述俯仰角值；

所述处理器还用于判断接收到的所述当前气流数据中是否有颠簸气流并形成气流判断结果；

若所述气流判断结果为有所述颠簸气流，则所述处理器用于从所述角度传感器中读取所述俯仰角值，并判断所述俯仰角值是否大于俯仰角阈值，生成俯仰角判断结果发送给所述控制器；

若所述俯仰角判断结果为所述俯仰角值大于所述俯仰角阈值，则所述控制器结合功率调节规则生成第八调节指令并发送给所述发动机，所述发动机根据接收到的所述第八调节指令提高所述当前功率；

若所述俯仰角判断结果为所述俯仰角值小于所述俯仰角阈值，则所述控制器生成第九调节指令并发送给所述角度调节器，所述角度调节器根据接收到的所述第九调节指令增大所述俯仰角值。

9.根据权利要求1所述的固定翼无人机爬升控制方法，其特征在于，还包括爬升高度获取器、汽化器温度传感器和汽化器温控器：

所述爬升高度获取器与所述处理器相连，用于获取爬升高度并发送给所述处理器；

所述汽化器温度传感器与所述处理器相连，用于获取汽化器温度并发送给所述处理器；

所述汽化器温控器与所述控制器相连，用于调节所述汽化器温度；

所述处理器还用于判断接收到的所述爬升高度是否大于爬升阈值，形成爬升高度判断结果；

若所述爬升高度判断结果为所述爬升高度大于所述爬升阈值，则所述处理器还用于从所述汽化器温度传感器中读取所述汽化器温度，并判断所述汽化器温度是否小于汽化器温度阈值，形成汽化器判断结果发送给所述控制器；

若所述汽化器判断结果所述汽化器温度小于汽化器温度阈值，则所述控制器生成汽化器温控指令并发送给所述汽化器温控器，所述汽化器温控器根据接收到的所述汽化器温控指令提高所述汽化器温度。

10.根据权利要求1所述的固定翼无人机爬升控制方法，其特征在于，还包括高度传感器；

所述高度传感器与所述处理器相连，用于获取当前高度并发送给所述处理器；

所述第一存储器还用于存储设计点高度及实用升限；

所述处理器还用于读取所述第一存储器中的所述设计点高度及所述实用升限，并判断接收到的所述当前高度是否在所述设计点高度及所述实用升限的界定范围内，形成范围界定结果发送给所述控制模块；

若所述范围界定结果为在所述界定范围内，则所述控制模块生成第十调节指令并发送给所述发动机，所述发动机根据接收到的所述第十调节指令调节所述当前功率，使得爬升高度和指示空速满足之间满足预设线性关系。

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