WO2019090865A1 - 系留地面工作站和系留无人机系统 - Google Patents

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赵刚
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    • B64U50/30—Supply or distribution of electrical power
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64F—GROUND OR AIRCRAFT-CARRIER-DECK INSTALLATIONS SPECIALLY ADAPTED FOR USE IN CONNECTION WITH AIRCRAFT; DESIGNING, MANUFACTURING, ASSEMBLING, CLEANING, MAINTAINING OR REPAIRING AIRCRAFT, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; HANDLING, TRANSPORTING, TESTING OR INSPECTING AIRCRAFT COMPONENTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B64F3/00—Ground installations specially adapted for captive aircraft
    • B64F3/02—Ground installations specially adapted for captive aircraft with means for supplying electricity to aircraft during flight
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/34—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering

Definitions

  • the present invention relates to the field of drones, and more particularly to a mooring drone following control system and a method of controlling the same.
  • the mooring drone is a special type of unmanned aerial vehicle. Like the ordinary drone, it also has the internal navigation and self-driving system components, but it has the advantage that the ordinary drone can't match.
  • the continuous power supply It can guarantee the power supply of the mooring drones and other more complex load requirements in addition to the flight between the captain's long haul.
  • a first object of the present invention is to provide a mooring ground station with low line loss and high reliability.
  • a second object of the present invention is to provide a tethered drone system with low line loss and high reliability.
  • the present invention provides a mooring ground station comprising a power supply unit for outputting a high voltage direct current of 200 V or more to a mooring drone through a mooring line.
  • the power supply unit includes a battery power supply unit, the battery power supply unit includes a battery and a D C-DC circuit module, and the DC-DC circuit module includes an inverter and a bridge stack, and the low voltage input end of the inverter The battery is connected, the high voltage output of the inverter is connected to the input of the bridge stack, and the output of the bridge is connected to the mooring drone.
  • the DC-DC circuit module includes an alarm module, the alarm module includes a relay and a first indicator light, and the control end of the relay is connected to the output end of the bridge stack, and the relay is connected to the battery and the first finger Between the lights.
  • the alarm module further includes a sounding module, and the relay is connected between the battery and the sounding module.
  • the number of DC-DC circuit modules is plural, and the plurality of DC-DC circuit modules are connected in parallel to the battery.
  • the power supply unit includes a mains power supply unit, and the mains power supply unit includes a rectifier module.
  • the rectifier module is used to connect between the mains access terminal and the tethered drone.
  • the utility power supply unit further includes a second indicator light, and the second indicator light is connected to the output end of the rectifier module.
  • the present invention provides a mooring drone system, including a mooring ground station and a mooring drone, and a mooring drone through a mooring line and a mooring ground station
  • the connection, tethered ground station uses the tethered ground station in the above scenario.
  • the utility power supply unit can be connected to the mains, and after rectification, the high-voltage direct current is output to the mooring drone, which can also effectively reduce the working current, make the line loss small, and use the mains supply.
  • the combination of the unit and the battery-powered unit provides a redundant power supply for the drone.
  • FIG. 1 is a system block diagram of an embodiment of a mooring drone system of the present invention.
  • FIG. 2 is a circuit diagram of a power supply unit in an embodiment of the mooring drone system of the present invention.
  • the mooring drone system includes a mooring ground station 2 and a mooring drone 11 which is connected to the mooring ground station 2 by a mooring line, tethered
  • the ground station includes a power supply unit and a control unit, and the power supply unit is configured to output a high-voltage direct current of 200V or more to the mooring drone 11 through the mooring line.
  • the power supply unit outputs a high voltage of 220V to the mooring drone.
  • DC power includes a battery power supply unit 22 and a mains power supply unit 21.
  • the battery power supply unit 22 includes a battery 23 and three DC-DC circuit modules 1, 2, 3, the battery 23 is a 24 V DC output, and the three DC-DC circuit modules are connected in parallel to the battery 23 and tied. Between the human machine 11, each DC-DC circuit module includes an inverter, a bridge stack and a filter circuit. The low voltage input end of the inverter is connected to the battery, and the high voltage output end of the inverter is connected to the input end of the bridge stack.
  • the filter circuit comprises a filter capacitor and two parallel high-power rectifier diodes, wherein the filter capacitor is connected between the output ends of the bridge stack, and the cathode of the high-power rectifier diode is connected with the anode output end of the bridge stack, and the anode and the system of the high-power rectifier diode are connected. Leave the drone connected, and the positive output of the bridge stack is connected to the mooring drone.
  • the inverter's 24V DC inverter is inverted to 220V high-voltage power, and after being rectified and filtered by the bridge stack, it is output to the mooring drone.
  • the DC-DC circuit module includes an alarm module, and the alarm module includes a relay J, a first indicator light, and a sounding module.
  • the sounding module is a buzzer
  • the control end of the relay J is connected to the output end of the bridge stack.
  • the relay is equivalent to two switches, each of which is connected between the first indicator light, the buzzer and the battery.
  • the function of the high-power rectifier diode is that the unidirectional conduction characteristic isolates the voltage difference between the circuit modules, thereby isolating the interaction of each circuit module to cause internal loss. Further, if one or more circuit modules fail, It will absorb the energy consumption of the circuit module that works normally. Because of the isolation of the high-power rectifier diode, the high-voltage DC output of the low-voltage to high-voltage DC-DC module that can work normally cannot be reversely input to the damaged low-voltage to high-voltage DC- The DC module goes, so that the remaining low-voltage to high-voltage DC-D C module that can work normally can also continuously supply power to the mooring drone system.
  • the utility power supply unit 21 includes a rectifier module, two parallel high-power rectifier diodes and a second indicator light.
  • the rectifier module uses a high-voltage rectifier full bridge and is connected to the 220V AC input terminal, and the output of the rectifier module is connected with filtering. Capacitor, the positive output of the rectifier module is connected to the negative pole of the high-power rectifier diode and the second indicator light, and the anode of the high-power rectifier diode is connected with the mooring drone.
  • the 220V voltage is connected to the high-voltage power supply line, and the 220V AC voltage is converted into a high-voltage DC power supply after the high-voltage rectification full bridge and the filter capacitor, and the two diodes after the reliability double backup are common.
  • Parallel power supply to the UAV system because of the isolation of the diode, the high-voltage DC voltage output from the low-voltage to high-voltage DC-DC circuit module does not flow back into the AC conversion circuit.
  • the high voltage direct current power supply not only reduces the working current, but also reduces the line loss, provides a more reliable power supply line, and can provide Correspond to the identification and alarm of the faulty line.
  • This case is applicable to the field of mooring drones.
  • the power supply mode of the supply voltage is increased by the present case, the working current is reduced, and the line loss is small, which in turn makes the line-based workstation of the present invention achieve small line loss.
  • the use of battery and low-voltage inverter high-voltage transmission effectively reduce the operating current, so that the line loss is small, the same with the indicator light and buzzer to issue an alarm, in addition, also set up multiple DC-DC circuit module settings, provide good Redundancy power supply.

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Abstract

一种系留地面工作站（2），包括供电单元，供电单元包括市电供电单元（21）和电池供电单元（22），利用市电供电单元（21）和电池供电单元（22）通过系留绳向系留无人机（11）输出大于等于200V的高压直流电。还提供了一种包括系留地面工作站（2）的系留无人机系统。通过多余的系留无人机低电压或高电压输入，高压直流的供电，不仅减小工作电流，使线路损耗小，提供了更加可靠的供电线路，并能提供对应故障线路的鉴定及报警。

Description

系留地面工作站和系留无人机系统 技术领域
[0001] 本发明涉及无人机领域， 尤其是涉及一种系留无人机跟随控制系统及其控制方 法。
背景技术
[0002] 系留无人机作为一种特殊类型的无人飞行器， 和普通无人机一样也具有机内导 航自驾系统等部件， 但又有普通无人机无法比拟的优势， 持续性的供电可以既 保证系留无人机长吋间的飞行之外还可以为系留无人机其他设备提供电源保证 ， 完成更多更复杂的载荷要求。
[0003] 因为系留无人机的供电系留电缆往往长度较长， 使用普通无人机的供电电压吋 ， 往往工作电流很大， 为了减少传输线路的电阻， 保证大电流通过吋有较小的 线路降压， 为实现这样的目标， 只有增加传输线路的线损， 用更粗的线和较小 内阻的材料的线路， 这样会导致线路重量较重或成本较高而导致系留无人机的 实用性降低。
技术问题
[0004] 本发明的第一目的是提供一种线路损耗小且高可靠性的系留地面工作站。
[0005] 本发明的第二目的是提供一种线路损耗小且高可靠性的系留无人机系统。
[0006] 技术解决手段
[0007] 为了实现本发明的第一目的， 本发明提供一种系留地面工作站， 包括供电单元 ， 供电单元用于通过系留绳向系留无人机输出大于等于 200V的高压直流电。
[0008] 更进一步的方案是， 供电单元包括电池供电单元， 电池供电单元包括电池和 D C-DC电路模块， DC-DC电路模块包括逆变器和桥堆， 逆变器的低压输入端与电 池连接， 逆变器的高压输出端与桥堆的输入端连接， 桥堆的输出端用与系留无 人机连接。
[0009] 更进一步的方案是， DC-DC电路模块包括报警模块， 报警模块包括继电器和第 一指示灯， 继电器的控制端连接于桥堆的输出端， 继电器连接在电池和第一指 示灯之间。
[0010] 更进一步的方案是， 报警模块包括还包括发声模块， 继电器连接在电池和发声 模块之间。
[0011] 更进一步的方案是， DC-DC电路模块的数量为多个， 多个 DC-DC电路模块并联 连接于电池。
[0012] 更进一步的方案是， 供电单元包括市电供电单元， 市电供电单元包括整流模块
， 整流模块用于连接在市电接入端和系留无人机之间。
[0013] 更进一步的方案是， 市电供电单元还包括第二指示灯， 第二指示灯与整流模块 的输出端连接。
[0014] 为了实现本发明的第二目的， 本发明提供一种系留无人机系统， 包括系留地面 工作站和系留无人机， 系留无人机通过系留绳与系留地面工作站连接， 系留地 面工作站采用上述方案中的系留地面工作站。
问题的解决方案
发明的有益效果
有益效果
[0015] 本方案通过提高供电电压， 减小工作电流， 使线路损耗小， 继而使得本案的系 留地面工作站实现线路损耗小。
[0016] 并且， 利用电池和低压逆变高压传输， 有效减小工作电流， 使线路损耗小， 同 吋还具备指示灯和蜂鸣器发出报警， 另外， 还设置有多路 DC-DC电路模块设置
， 提供良好多余度供电保障性。
[0017] 再者， 市电供电单元可接入市电， 经过整流后向系留无人机输出高压直流电， 同样也是可实现有效减小工作电流， 使线路损耗小， 并且， 利用市电供电单元 和电池供电单元的组合， 为无人机提供多余度多备份的供电方式。
对附图的简要说明
附图说明
[0018] 图 1是本发明系留无人机系统实施例的系统框图。
[0019] 图 2是本发明系留无人机系统实施例中供电单元的电路示意图。 [0020] 以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
具体实施方式
[0021] 参照图 1和图 2， 系留无人机系统包括系留地面工作站 2和系留无人机 11， 系留 无人机 11通过系留绳与系留地面工作站 2连接， 系留地面工作站包括供电单元和 控制单元， 供电单元用于通过系留绳向系留无人机 11输出大于等于 200V的高压 直流电， 在本实施例中， 供电单元向系留无人机输出 220V的高压直流电。 供电 单元包括电池供电单元 22和市电供电单元 21。
[0022] 电池供电单元 22包括电池 23和三路 DC-DC电路模块 1、 2、 3， 电池 23是采用 24 V直流输出， 三路 DC-DC电路模块呈并联连接在电池 23和系留无人机 11之间， 每 路 DC-DC电路模块包括逆变器、 桥堆和滤波电路， 逆变器的低压输入端与电池 连接， 逆变器的高压输出端与桥堆的输入端连接， 滤波电路包括滤波电容和两 个并联的大功率整流二极管， 滤波电容连接在桥堆的输出端之间， 大功率整流 二极管的负极与桥堆的负极输出端连接， 大功率整流二极管的正极与系留无人 机连接， 桥堆的正极输出端与系留无人机连接。 通过逆变器将电池 24V的直流电 逆变呈 220V的高压电， 在经过桥堆的整流和滤波后， 输出给系留无人机。
[0023] DC-DC电路模块包括报警模块， 报警模块包括继电器 J、 第一指示灯和发声模 块， 在本实施例中发声模块为蜂鸣器， 继电器 J的控制端连接于桥堆的输出端上 ， 继电器相当于两个幵关， 每个幵关分别连接在第一指示灯、 蜂鸣器和电池之 间， 当某一个或几个低压转高压的 DC-DC模块发生故障吋， 相连接的继电器断 幵， 常闭触电吸合， 电源正极接通供电至蜂鸣器， 蜂鸣器发出报警声音， 相连 的继电器的另一组常幵触电断幵， 指示灯熄灭， 提示故障点。 大功率整流二极 管的作用是单向导电的特性隔离各电路模块之间的电压压差， 进而隔离各电路 模块互相作用造成内部损耗， 进一步的作用是如果有一路或多路电路模块发生 故障吋不会吸收正常工作的电路模块的能耗， 因为有大功率整流二极管的隔离 ， 能正常工作的低压转高压的 DC-DC模块输出的高压直流并不能反向输入到损 坏的低压转高压的 DC-DC模块去， 这样剩余可以正常工作的低压转高压的 DC-D C模块还能够持续供电给系留无人机系统。 [0024] 市电供电单元 21包括整流模块、 两个并联的大功率整流二极管和第二指示灯， 整流模块采用高压整流全桥， 并连接在 220V交流电输入端， 整流模块的输出端 连接有滤波电容， 整流模块的正极输出端与大功率整流二极管的负极和第二指 示灯连接， 大功率整流二极管的正极与系留无人机连接。 当系留无人机使用市 电 220V供电吋， 220V电压接入高压供电线路， 220V交流电压经过高压整流全桥 和滤波电容后变成高压直流电源， 经过可靠性双备份的两个二极管后共同并联 供电给无人机系统， 因为有二极管的隔离作用， 低压转高压的 DC-DC电路模块 所输出的高压直流电压并不会反流到交流转换电路中去。
[0025] 由上可见， 通过多余度的系留无人机低电压或高电压输入， 高压直流的供电， 不仅减小工作电流， 使线路损耗小， 提供了更加可靠的供电线路， 并能提供对 应故障线路的鉴定及报警。
[0026] 工业应用性
[0027] 本案适用于系留无人机领域， 通过本案提高供电电压地供电方式， 减小工作电 流， 使线路损耗小， 继而使得本案的系留地面工作站实现线路损耗小。 并且利 用电池和低压逆变高压传输， 有效减小工作电流， 使线路损耗小， 同吋还具备 指示灯和蜂鸣器发出报警， 另外， 还设置有多路 DC-DC电路模块设置， 提供良 好多余度供电保障性。

Claims

权利要求书
系留地面工作站， 其特征在于， 包括供电单元， 所述供电单元用于通 过系留绳向系留无人机输出大于等于 200V的高压直流电。
根据权利要求 1所述的系留地面工作站， 其特征在于：
所述供电单元包括电池供电单元， 所述电池供电单元包括电池和 DC- DC电路模块， 所述 DC-DC电路模块包括逆变器和桥堆， 所述逆变器 的低压输入端与所述电池连接， 所述逆变器的高压输出端与所述桥堆 的输入端连接， 所述桥堆的输出端用与所述系留无人机连接。
根据权利要求 2所述的系留地面工作站， 其特征在于：
所述 DC-DC电路模块包括报警模块， 所述报警模块包括继电器和第 一指示灯， 所述继电器的控制端连接于所述桥堆的输出端， 所述继电 器连接在所述电池和所述第一指示灯之间。
根据权利要求 3所述的系留地面工作站， 其特征在于：
所述报警模块包括还包括发声模块， 所述继电器连接在所述电池和所 述发声模块之间。
根据权利要求 4所述的系留地面工作站， 其特征在于：
所述 DC-DC电路模块的数量为多个， 多个所述 DC-DC电路模块并联 连接于所述电池。
根据权利要求 1-5任一项所述的系留地面工作站， 其特征在于： 所述供电单元包括市电供电单元， 市电供电单元包括整流模块， 所述 整流模块用于连接在市电接入端和所述系留无人机之间。
根据权利要求 6所述的系留地面工作站， 其特征在于：
所述市电供电单元还包括第二指示灯， 所述第二指示灯与所述整流模 块的输出端连接。
系留无人机系统， 包括系留地面工作站和系留无人机， 所述系留无人 机通过所述系留绳与所述系留地面工作站连接， 其特征在于： 所述系留地面工作站包括供电单元， 所述供电单元用于通过系留绳向 系留无人机输出大于等于 200V的高压直流电。 根据权利要求 8所述的系留无人机系统， 其特征在于：
所述供电单元包括电池供电单元， 所述电池供电单元包括电池和 DC- DC电路模块， 所述 DC-DC电路模块包括逆变器和桥堆， 所述逆变器 的低压输入端与所述电池连接， 所述逆变器的高压输出端与所述桥堆 的输入端连接， 所述桥堆的输出端用与所述系留无人机连接。
根据权利要求 9所述的系留无人机系统， 其特征在于：
所述 DC-DC电路模块包括报警模块， 所述报警模块包括继电器和第 一指示灯， 所述继电器的控制端连接于所述桥堆的输出端， 所述继电 器连接在所述电池和所述第一指示灯之间。
根据权利要求 10所述的系留无人机系统， 其特征在于：
所述报警模块包括还包括发声模块， 所述继电器连接在所述电池和所 述发声模块之间。
根据权利要求 11所述的系留无人机系统， 其特征在于：
所述 DC-DC电路模块的数量为多个， 多个所述 DC-DC电路模块并联 连接于所述电池。
根据权利要求 8-12任一项所述的系留无人机系统， 其特征在于： 所述供电单元包括市电供电单元， 市电供电单元包括整流模块， 所述 整流模块用于连接在市电接入端和所述系留无人机之间。
根据权利要求 13所述的系留无人机系统， 其特征在于：
所述市电供电单元还包括第二指示灯， 所述第二指示灯与所述整流模 块的输出端连接。
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