一种标准化的无人机电动力控制系统的制作方法

本发明属于无人机动力控制技术领域，具体涉及一种标准化的无人机电动力控制系统。

背景技术：

传统采用电动力控制的无人机，其油门输入百分比与动力输出百分比成线性变化，由于受电池电压的影响，动力输出百分比与动力输出值成非线性变化。传统无人机通常通过改变油门输入百分比来控制动力输出百分比，由此控制动力输出值，以此使无人机稳定飞行。但在通过油门控制动力输出值时，很难保证动力输出值恒定，会导致无人机在飞行时电机转速漂移，无法平稳飞行。

因此，现阶段需设计一种标准化的无人机电动力控制系统,来解决以上问题。

技术实现要素：

本发明目的在于提供一种标准化的无人机电动力控制系统，用于解决上述现有技术中存在的技术问题，如：通过油门控制动力输出值时，很难保证动力输出值恒定，会导致无人机在飞行时电机转速漂移，无法平稳飞行。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种标准化的无人机电动力控制系统，包括：

供电电源，用于通过供电控制模块控制向无人机操控模块进行实时动力输出；

电量检测模块，用于检测供电电源的实时电量数据；

操控指令输入模块，用于向无人机操控模块输入实时操控指令；

无人机操控模块，用于根据操控指令对无人机进行操控；

数据存储模块，用于存储供电电源的各个不同梯度电量数据、操控指令输入模块的各个不同标准操控指令、以及每一个梯度电量数据分别与各个不同标准操控指令对应的标准动力输出；

供电控制模块将与实时电量数据和实时操控指令均对应的标准动力输出作为供电电源的实时动力输出。

进一步的，所述电量检测模块、操控指令输入模块、数据存储模块、供电控制模块采用与供电电源不同的电源供电。

进一步的，所述供电电源采用充电电池。

进一步的，所述电量检测模块采用电压传感器、电流传感器、电量传感器、功率传感器中的一种或多种。

进一步的，所述操控指令输入模块包括无线信号发射模块和无线信号接收模块；

所述无线信号发射模块与所述无线信号接收模块无线连接；

所述无线信号接收模块与所述无人机操控模块连接。

进一步的，所述无线信号发射模块为手持遥控器或智能手机。

进一步的，所述无线信号接收模块采用4g通信、5g通信、蓝牙通信或wifi通信。

进一步的，所述电量检测模块中配置有电量数据格式判断单元、电量数据标准格式存储单元、电量数据格式识别单元；

所述电量数据格式识别单元用于识别所述实时电量数据的实时格式；

所述电量数据标准格式存储单元用于存储电量数据预设的标准格式；

所述电量数据格式判断单元用于判断所述实时格式和所述标准格式是否匹配，若判断结果是不匹配，则舍弃当前实时电量数据，若判断结果是匹配，则将当前实时电量数据录入到所述电量检测模块。

进一步的，所述电量数据格式判断单元判断所述实时格式和所述标准格式是否匹配具体如下：

所述电量数据格式判断单元包括主判断单元和副判断单元；

通过主判断单元对所述实时格式和所述标准格式进行第一次格式判断，若第一次格式判断结果为匹配，则将当前实时电量数据录入到所述电量检测模块，若第一次格式判断结果为不匹配，则通过副判断单元对所述实时格式和所述标准格式进行第二次格式判断，若第二次格式判断结果为匹配，则将当前实时电量数据录入到所述电量检测模块，若第二次格式判断结果为不匹配，则舍弃当前实时电量数据。

进一步的，所述电量检测模块中还配置有电量数据格式异常报警装置，当舍弃当前实时电量数据时，所述电量数据格式异常报警装置启动，进行电量数据格式异常报警。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：

本方案的一个创新点在于，在传统无人机提供动力输出的逻辑上逆向思维，在确定无人机需要的恒定动力输出值后，根据不同的电池电量对应不同的变化特性曲线，快速确定无人机在油门输入百分比保持不变的情况下需要提供的动力输出百分比。只根据电池电量的不同，保持动力输出值恒定，从而保证无人机稳定飞行。

附图说明

图1是本发明具体实施例的系统结构示意图。

图2是传统的无人机电动力控制方法中无人机油门输入百分比、动力输出百分比、动力输出值之间的变化特性图。

图3是本发明实施例提供的一种标准化的无人机电动力控制方法中油门输入百分比、动力输出百分比、动力输出值之间的变化特性图。

图4是本发明具体实施例的无人机以恒定的60%油门输入使无人机匀速巡航示意图。

图5是本发明具体实施例的电池电压稳定不变示意图。

图6是本发明具体实施例的无人机匀速巡航示意图。

图7是本发明具体实施例的电池电压降压示意图。

图8是本发明具体实施例的无人机垂直方向上的分力因为电池电压的降压而呈非线性下降示意图。

图9是本发明具体实施例的飞控在一定范围内调整动力输出百分比以弥补动力输出值示意图。

图10是本发明具体实施例的动力控制系统根据标校数据调整动力输出百分比示意图。

具体实施方式

下面结合本发明的附图1-10，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

实施例：

现有技术中通过油门控制动力输出值时，很难保证动力输出值恒定，会导致无人机在飞行时电机转速下降，无法平稳飞行。

如图1所示，因此提出一种标准化的无人机电动力控制系统，包括：

供电电源，用于通过供电控制模块控制向无人机操控模块进行实时动力输出；

电量检测模块，用于检测供电电源的实时电量数据；

操控指令输入模块，用于向无人机操控模块输入实时操控指令；

无人机操控模块，用于根据操控指令对无人机进行操控；

数据存储模块，用于存储供电电源的各个不同梯度电量数据、操控指令输入模块的各个不同标准操控指令、以及每一个梯度电量数据分别与各个不同标准操控指令对应的标准动力输出；

供电控制模块将与实时电量数据和实时操控指令均对应的标准动力输出作为供电电源的实时动力输出。

通过上述方案，针对采用电动力控制的无人机，应用强化无人机稳定飞行。保证无人机油门输入百分比与无人机动力输出值成线性变化，使在无人机电池能正常使用的前提下，通过标效（保证动力输出值恒定时，在油门输出百分比保持不变的情况下，不同电池电压所对应的动力输出百分比）能让非满电状态下动力输出值和满电时动力输出值保持一致，即最终的动力输出值不受电池电量的改变而变化。

如图2和图3所示，在无人机飞行过程中，电池所能提供的最大电压的不同会直接影响电机转速，即影响无人机动力输出值，如满电时，油门输入50%，动力输出50%，电机每分钟转动6000转，当为80%电量时，油门输入50%，电机每分钟转动5500转，则需要动力输出为60%才能使电机转动保持在6000转。为了保持无人机能稳定飞行则要电机转速保持恒定即动力输出值保持恒定，则根据不同的最大电量对应不同的动力输出百分比与油门输入百分比的变化特性来保证动力输出值恒定，即在油门输入百分比不改变的情况下，根据变化特性曲线能快速确定需要提供的动力输出百分比。

进一步的，所述电量检测模块、操控指令输入模块、数据存储模块、供电控制模块采用与供电电源不同的电源供电。

进一步的，所述供电电源采用充电电池。

进一步的，所述电量检测模块采用电压传感器、电流传感器、电量传感器、功率传感器中的一种或多种。

进一步的，所述操控指令输入模块包括无线信号发射模块和无线信号接收模块；

所述无线信号发射模块与所述无线信号接收模块无线连接；

所述无线信号接收模块与所述无人机操控模块连接。

进一步的，所述无线信号发射模块为手持遥控器或智能手机。

进一步的，所述无线信号接收模块采用4g通信、5g通信、蓝牙通信或wifi通信。

进一步的，所述电量检测模块中配置有电量数据格式判断单元、电量数据标准格式存储单元、电量数据格式识别单元；

所述电量数据格式识别单元用于识别所述实时电量数据的实时格式；

所述电量数据标准格式存储单元用于存储电量数据预设的标准格式；

所述电量数据格式判断单元用于判断所述实时格式和所述标准格式是否匹配，若判断结果是不匹配，则舍弃当前实时电量数据，若判断结果是匹配，则将当前实时电量数据录入到所述电量检测模块。

进一步的，所述电量数据格式判断单元判断所述实时格式和所述标准格式是否匹配具体如下：

所述电量数据格式判断单元包括主判断单元和副判断单元；

通过主判断单元对所述实时格式和所述标准格式进行第一次格式判断，若第一次格式判断结果为匹配，则将当前实时电量数据录入到所述电量检测模块，若第一次格式判断结果为不匹配，则通过副判断单元对所述实时格式和所述标准格式进行第二次格式判断，若第二次格式判断结果为匹配，则将当前实时电量数据录入到所述电量检测模块，若第二次格式判断结果为不匹配，则舍弃当前实时电量数据。

进一步的，所述电量检测模块中还配置有电量数据格式异常报警装置，当舍弃当前实时电量数据时，所述电量数据格式异常报警装置启动，进行电量数据格式异常报警。

通过上述方案，可以快速得到本申请所需要的电量数据，直接排除不符合要求的电量数据，避免多做无用功；同时，对电量数据的判断进行二次判断，避免正确数据因为判断部分误动作而丢失，影响整个系统的情况发生。

具体的，以四轴多旋翼无人机为例，无人机以恒定的60%油门输入使无人机匀速巡航（水平推动力固定，垂直升力=重力）（图4）。

理想状态下（即电池电压稳定不变（图5）），无人机能一直以此状态匀速巡航，油门输入百分比无需人为变动（图6）。

实际状态下（即电池电压会降压（图7）），因为电池电压会因电量的释放而降压，以恒定的60%油门输入，随着时间的推移，无人机垂直方向上的分力会因为电池电压的降压而呈非线性下降（图8）。此状态下，垂直分力<重力，需要手动增加油门输入，使垂直分力重新等于重力，以维持匀速巡航状态。

但手动增加油门输入百分比是无法做到精确弥补动力输出值的，所以无人机引用了飞行控制系统（简称飞控），飞控中的pid速率控制，使得飞控能在一定范围内调整动力输出百分比以弥补动力输出值（图9），这个范围被称为飞控的可调整范围，一般为±10%，即给定60%的油门输入，飞控可以控制50%-70%的动力输出百分比，一旦超过这个范围，飞控便没有超出调整范围的调整权限。

举例：电池满电状态下，给定60%的油门（油门输入百分比），此时，动力输出百分比为60%，电机转速5000转（动力输出值），无人机匀速巡航；随着电池电量的释放，低压下降，60%的动力输出比只能供电机转速4500转，需要提高动力输出比（假定68%），使转速回到5000转，无人机才能稳定飞行；手动调整（即增加油门输入百分比）是无法精确调整到68%的，而飞控能进行精确弥补，且油门输入无需变动，但飞控能调整的百分比是有范围的，如果需要提高的动力输出比为80%，飞控也只能弥补10%的输出量（即70%），剩下的10%仍需要手动调整。这是由无人机的飞行特性决定的，飞控无法获得100%的输出调配权限，需为其他设备留余量。

本发明中提供的电动力控制系统，通过标校（测得数据①：每个油门刻度（0-100%），在满电压情况下，电机转速（动力输出值）；测得数据②：每个油门刻度（1-100%），在（3.7v-4.2v）电压区间下，电机的转速（动力输出值）；由数据①②可标校出数据③：同一油门刻度，不同电压下，要使电机保持满电压情况下时的转速，需要额外增加动力输出值），以“油门输入百分比与动力输出值成线性变化”特性代替“油门输入百分比与动力输出百分比成线性变化”特性，即动力控制系统根据标校数据调整动力输出百分比，使最终的动力输出值不受电池电量的改变而变化，使无人机的飞行近似理想状态（图10）。

以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。