一种无人机温控方法、系统、装置及存储介质与流程
本发明涉及无人机技术领域，尤其是一种无人机温控方法、系统、装置及存储介质。
背景技术：
近年来，民用无人机技术特别是在森林防火、灾情预测、航拍、航测等应用方面越来越普及。现有民用无人机无论是电动和油动动力模式，无人机上都有配备锂电池，但是，无人机在使用的过程中发现，特别是在我国北方冬季使用，当户外温度低于-5℃时，无人机飞控及机载电子设备由于受到温度的限制，而无法正常工作，一般情况下无人机正常工作温度为0℃以上；并且锂电池的放电对温度也比较敏感，低温下放电量也非常低，无人机在低温环境下飞行则受到的限制。
因此，有必要给无人机设计一个温度调整技术，来满足机载终端机正常工作的性能指标，保证无人机的飞行安全和作业，解决无人机在低于0℃作业环境条件下机身、螺旋桨覆冰的问题。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明实施例提供一种无人机温控方法、系统、装置及存储介质，能够保证无人机在低于0℃作业环境条件下仍能进行飞行作业。
本发明的第一方面提供了一种无人机温控方法，包括：
获取无人机上机载终端机的工作温度和工作湿度；
确定所述工作湿度高于第一湿度阈值，和/或所述工作温度低于第一温度阈值，控制升温装置对机载终端机进行升温处理；
确定所述工作湿度低于第二湿度阈值，和/或所述工作温度高于第二温度阈值，控制降温装置对机载终端机进行降温处理。
进一步，还包括：
获取无人机的飞行高度；
确定所述飞行高度大于第一高度阈值，控制升温装置对机载终端机进行升温处理。
进一步，所述控制升温装置对机载终端机进行升温处理，包括：
构建二维模糊控制器；
通过所述二维模糊控制器控制升温装置对机载终端机进行升温处理。
进一步，所述构建二维模糊控制器，包括：
获取工作温度的温度误差；
获取所述温度误差在采样周期内的变化状况；
根据所述温度误差和变化状况，构建二维模糊控制器。
进一步，所述获取工作温度的温度误差，包括：
获取工作温度的实际误差；
获取预估误差；
确定误差权系数；
根据所述实际误差、预估误差和误差权系数，计算所述工作温度的温度误差。
进一步，所述升温装置包括加热板；所述降温装置包括风扇。
根据本发明的第二方面，提供了一种无人机温控系统，包括：
获取模块，用于获取无人机上机载终端机的工作温度和工作湿度；
升温控制模块，用于确定所述工作湿度高于第一湿度阈值，和/或所述工作温度低于第一温度阈值，控制升温装置对机载终端机进行升温处理；
降温控制模块，用于确定所述工作湿度低于第二湿度阈值，和/或所述工作温度高于第二温度阈值，控制降温装置对机载终端机进行降温处理。
根据本发明的第三方面，提供了一种无人机温控系统，包括温度采集器、湿度采集器、高度采集器、模数转换器、机载控制器、开关控制器、开关驱动电路、调温装置以及机载终端机；
所述温度采集器，用于获取所述机载终端机的工作温度；
所述湿度采集器，用于获取所述机载终端机的工作湿度；
所述高度采集器，用于获取无人机的飞行高度；
所述模数转换器，用于实现温度采集器、湿度采集器和/或高度采集器与机载控制器之间的信号通讯；
所述机载控制器，用于根据接收到的工作温度信号、工作湿度信号以及飞行高度信号，触发控制信号对开关控制器、开关驱动电路以及调温装置进行控制，实现对机载终端机的调温控制。
根据本发明的第四方面，提供了一种装置，包括处理器以及存储器；
所述存储器用于存储程序；
所述处理器用于根据所述程序执行如本发明第一方面所述的方法。
根据本发明的第五方面，还提供了一种存储介质，其中存储有处理器可执行的指令，所述计算机可读存储介质存储有程序，所述程序被处理器执行完成如本发明第一方面所述的方法。
上述本发明实施例中的一个或多个技术方案具有如下优点：本发明的实施例通过获取机载终端机的工作温度和工作湿度，能够基于所述工作温度和工作湿度的情况对机载终端机进行升温处理或降温处理，保证无人机在恶劣作业环境条件下仍能进行飞行作业。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例的步骤流程图；
图2为本发明实施例的系统结构框图。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步解释和说明。对于本发明实施例中的步骤编号，其仅为了便于阐述说明而设置，对步骤之间的顺序不做任何限定，实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。
参见图1，图1是本发明实施例的无人机温控方法的步骤流程图，为了保证无人机在恶劣作业环境条件下仍能进行飞行作业，本发明实施例包括步骤s1-s3：
s1、获取无人机上机载终端机的工作温度和工作湿度；
s2、确定所述工作湿度高于第一湿度阈值，和/或所述工作温度低于第一温度阈值，控制升温装置对机载终端机进行升温处理；
s3、确定所述工作湿度低于第二湿度阈值，和/或所述工作温度高于第二温度阈值，控制降温装置对机载终端机进行降温处理。
本发明实施例通过监控机载终端机的工作湿度和工作温度，对机载终端机进行灵活调温控制，能够使得机载终端机的工作温度处于最佳温度，提高机械设备的运行稳定性，保证无人机在恶劣作业环境条件下仍能进行飞行作业。
在一些实施例中，还包括步骤s4-s5：
s4、获取无人机的飞行高度；
s5、确定所述飞行高度大于第一高度阈值，控制升温装置对机载终端机进行升温处理。
具体地，在无人机的飞行过程中，由于高度越高，气温越低，因此本实施例通过对飞行高度的监控，来灵活调整对机载终端机的温度控制，提高了调温控制的灵活性。
具体地，在一些实施例中，所述控制升温装置对机载终端机进行升温处理，包括：
s21、构建二维模糊控制器；
s22、通过所述二维模糊控制器控制升温装置对机载终端机进行升温处理。
在一些实施例中，步骤s21包括：
s211、获取工作温度的温度误差；
s212、获取所述温度误差在采样周期内的变化状况；
s213、根据所述温度误差和变化状况，构建二维模糊控制器。
在一些实施例中，步骤s211包括：
s2111、获取工作温度的实际误差；
s2112、获取预估误差；
s2113、确定误差权系数；
s2114、根据所述实际误差、预估误差和误差权系数，计算所述工作温度的温度误差。
具体地，本实施例的加热过程采用带模型预估的模糊控制器来实现。模糊控制器的响应速度快，动态性能好，对被控对象参数变化有较强的鲁棒性，可以实现无静差，无超调的平滑控制。而降温过程采用数字开关，直接驱动风扇工作，不做过多要求就能很好地满足被控系统的指标要求。
本实施例的模糊控制区-40～+30℃，期望目标20℃，外界干扰消失后，加热到30℃停止。采样周期为1s，加热过程采用变周期过零触发方式，通过单片机硬件系统和软件程序配合选择最小的控制周期。模糊算法采用二维模糊控制器，输出为一个控制周期内pwm波占空比的增量δu，输入为温度误差e∑和温度误差在一个采样周期内的变化c，同时考虑误差和误差变化率的影响，严格反映受控过程中输出变量的动态特性，提高控制性能。
考虑到温度这一被控对象的滞后性，本实施例加入预估模型，则温度误差e∑包括实际误差和预估误差，即：
其中，e(s)为实际误差，即给定值减去反馈值；s代表待研究对象，在本实施例中即代表温度对象；
本实施例的被控对象的传递函数为：
其中，k为静态对象增益；t为对象的时间常数；τ为对象的纯滞后时间。
本实施例的预估模型的传递函数为：
其中，t'＝t/25。
本实施例的模糊控制器的核采用mandani模型建立。温度偏差e∑的基本论语为[-10，10]，温度偏差变化率c的基本论语为[－30，30](其中，偏差和偏差变化率的范围可能超过基本论语的范围，当超过边界值后将之视为边界值)，输出控制量的增量δu的基本论语为[－1，1]。分别通过量化因子0.6、0.2和比例因子1/6映射到论语e、c和u，其论语均为[－6，6]。每个论语均取7个语言变量值：即{nb、nm、ns、z、ps、pm、pb}。其中对靠近零的语言变量值z取其隶属函数为三角形，提高系统的灵敏度。其余语言变量值的隶属函数取为梯形，加大系统的模糊度，增强鲁棒性。本实施例采用ifaisxandbisythenc的形式实现。每条规则具有相等的权重，采用min-max法合成模糊关系r，构成模糊控制器的知识库。在已知系统的输入e和c的情况下，满足条件的规则被激活，应用模糊算子得到前件的隶属度，应用蕴含算子得到每条有效规则的输出，最后和模糊关系r合成得到后件。对后件采用重心法进行解模糊化。
综上，本实施例构建得到二维模糊控制器，并可基于该二维模糊控制器来控制升温装置对机载终端机进行升温处理。
本发明实施例还提供了一种无人机温控系统，包括：
获取模块，用于获取无人机上机载终端机的工作温度和工作湿度；
升温控制模块，用于确定所述工作湿度高于第一湿度阈值，和/或所述工作温度低于第一温度阈值，控制升温装置对机载终端机进行升温处理；
降温控制模块，用于确定所述工作湿度低于第二湿度阈值，和/或所述工作温度高于第二温度阈值，控制降温装置对机载终端机进行降温处理。
本发明实施例还提供了一种无人机温控系统，包括温度采集器、湿度采集器、高度采集器、模数转换器、机载控制器、开关控制器、开关驱动电路、调温装置以及机载终端机；
所述温度采集器，用于获取所述机载终端机的工作温度；
所述湿度采集器，用于获取所述机载终端机的工作湿度；
所述高度采集器，用于获取无人机的飞行高度；
所述模数转换器，用于实现温度采集器、湿度采集器和/或高度采集器与机载控制器之间的信号通讯；
所述机载控制器，用于根据接收到的工作温度信号、工作湿度信号以及飞行高度信号，触发控制信号对开关控制器、开关驱动电路以及调温装置进行控制，实现对机载终端机的调温控制。
具体地，如图2所示，本发明实施例提出了基于该无人机温控系统。其中，为适应无人机机载设备体积小的要求，本着体积小、重量轻、安装方便的设计思路，本发明设计了智能温控器，能够保证被控对象工作在正常的温度范围内。
温控器的整体结构如图2所示，温控器硬件组成主要包括温度采集器、湿度采集器、高度采集器、模数转换器、机载控制器、开关控制器、开关驱动电路以及调温装置等。为了确保对机载终端机温度采集的平衡性，本实施例采用了三个温度采集器，分别安装在机载终端机的x、y、z三个轴向上；选用带有a/d转换器的单片机完成模数转换与开关控制；开关驱动电路由继电器和电流放大器组成；因升空后机载环境温度均在零度以下，所以升温器采用加热板，降温器采用风扇，所述开关驱动电路包括升温控制电路和降温控制电路，所述升温控制电路用于控制加热板，所述降温控制电路用于控制风扇。
基于图2所示的温控器的结构，温度采集器采集的温度转换为电压信号，送给a/d转换器，转换后的数字量由机载控制器滤波后，一路以串口形式送给机载终端机，另一路经由i/o口控制开关驱动电路，从而打开加热器实现升温或者降温处理，将机载终端机的温度控制在理想的范围内。另外，为防止加热器温度过高，还增加了余度设计，即机载控制器可通过串口发送指令直接控制驱动电路。
下面详细描述本发明的温控系统的工作原理：
在无人机的飞行作业过程中，首先通过温度采集器、湿度采集器和高度采集器获取环境数据，根据采集到的温度、湿度和高度信号，将信号经模数转换器转换后发送至机载控制器，机载控制器则触发相应的控制信号，例如当无人机飞行到一定高度，温度过低和/或湿度较大时，则由机载控制器触发升温指令，控制调温装置的加热板对机载终端机进行加热升温；当温度过高和/或湿度较低时，则由机载控制器触发降温指令，控制调温装置的风扇对机载终端机进行降温。
本发明实施例还提供了一种装置，包括处理器以及存储器；
所述存储器用于存储程序；
所述处理器用于根据所述程序执行如本发明所述的方法。
本发明实施例还提供了一种存储介质，其中存储有处理器可执行的指令，所述计算机可读存储介质存储有程序，所述程序被处理器执行完成如本发明所述的方法。
综上所述，本发明通过获取机载终端机的工作温度和工作湿度，能够基于所述工作温度和工作湿度的情况对机载终端机进行升温处理或降温处理，保证无人机在恶劣作业环境条件下仍能进行飞行作业，能够使无人机设备具备ip43级防护，能够适应雨雪、沙尘等恶劣天气环境下的高强度作业。
在一些可选择的实施例中，在方框图中提到的功能/操作可以不按照操作示图提到的顺序发生。例如，取决于所涉及的功能/操作，连续示出的两个方框实际上可以被大体上同时地执行或所述方框有时能以相反顺序被执行。此外，在本发明的流程图中所呈现和描述的实施例以示例的方式被提供，目的在于提供对技术更全面的理解。所公开的方法不限于本文所呈现的操作和逻辑流程。可选择的实施例是可预期的，其中各种操作的顺序被改变以及其中被描述为较大操作的一部分的子操作被独立地执行。
此外，虽然在功能性模块的背景下描述了本发明，但应当理解的是，除非另有相反说明，所述的功能和/或特征中的一个或多个可以被集成在单个物理装置和/或软件模块中，或者一个或多个功能和/或特征可以在单独的物理装置或软件模块中被实现。还可以理解的是，有关每个模块的实际实现的详细讨论对于理解本发明是不必要的。更确切地说，考虑到在本文中公开的装置中各种功能模块的属性、功能和内部关系的情况下，在工程师的常规技术内将会了解该模块的实际实现。因此，本领域技术人员运用普通技术就能够在无需过度试验的情况下实现在权利要求书中所阐明的本发明。还可以理解的是，所公开的特定概念仅仅是说明性的，并不意在限制本发明的范围，本发明的范围由所附权利要求书及其等同方案的全部范围来决定。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。
计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(ram)，只读存储器(rom)，可擦除可编辑只读存储器(eprom或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(cdrom)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(pga)，现场可编程门阵列(fpga)等。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
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