無人機續航能力評估系統的製作方法
2023-06-04 08:18:16 2
本發明涉及一種無人機續航能力評估系統，屬於無人飛行器技術領域。
背景技術：
目前，無人飛行器已在野外施工、勘探、交通運輸、旅遊、救援，特別是江河湖泊上工作等領域中得到廣泛應用，其主要作用是現場情況的觀察、信息的採集、少量物資的傳送等。其有著獨特的優勢，可以垂直升降；不受地形、路途的限制，可以迅速到達需要工作、救援的位置的現場，甚至是人跡罕至的地方，進行近距離的觀察；通過攝影、攝像設備，向有關部門的發送視頻、圖像資料，供有關部門技術人員對現場進行分析判斷，或者迅速向現場運送物資，取得很好效果。
不同的任務需要不同的無人機執行，續航和載重是目前無人機發展的瓶頸，由於鋰電池的工作效率有限，因此無人機飛行器的續航很難突破一小時，尤其對於有載重強求的無人機。對於無人機新手，很難了解到所購買的無人機續航能力，尤其是不同載重環境下的載重情況。對於自己組裝的無人機，評估其續航就更加複雜。
技術實現要素：
本發明所要解決的技術問題是克服現有技術的缺陷，提供一種無人機續航能力的評估系統，方便使用者或者潛在玩家了解各型號無人機的續航能力，挑選能夠滿足自己需求的無人機或者零部件。
為解決上述技術問題，本發明提供一種無人機續航能力評估系統，其特徵是，包括載重評估模塊、任務評估模塊、機型評估模塊、電機評估模塊、尺寸評估模塊、外界環境評估模塊、電池評估模塊和匯總處理器，分別將載重評估模塊採集的無人機總重量g、任務評估模塊採集的任務耗電率xt、機型評估模塊採集的機型耗電值xm、電機評估模塊採集的電機效率值n、尺寸評估模塊採集的無人機軸距l、外界環境評估模塊採集的環境影響值xe、電池評估模塊採集的放電倍率值c的信息傳輸給匯總處理器，得到最終評估信息，通過該評估信息判斷無人機能否滿足任務需要。
進一步地，所述載重評估模塊，採集無人機總重量g並將數值輸入到匯總處理器。
進一步地，所述任務評估模塊，用於對無人機垂直爬升、水平拉鋸和斜升、繞行不同飛行狀態的耗電效率進行評估，每一種動作狀態的耗電效率按照其特徵設定特徵值，所有特徵值與其對應時間的乘積求和即為任務耗電率，任務評估模塊將任務耗電率xt的值傳輸給匯總處理器，
其中si為不同的飛行狀態，ti為該狀態對應的時間。
進一步地，所述機型評估模塊，查詢無人機飛行控制系統並判斷機型類別以及子類別，得到機型耗電值xm，並將機型耗電值xm傳輸給匯總處理器。
進一步地，所述電機評估模塊通過評估電機的最大通過電流得到電機的效率值，查詢無人機飛行控制系統，通過飛行記錄和試轉電機獲取最大電流值時的轉速，將電機最大轉速n作為電機效率值傳輸到匯總處理器。
進一步地，所述尺寸評估模塊，用於評估無人機軸距，將無人機軸距l輸入到尺寸評估模塊並傳輸到匯總處理器。
進一步地，所述外界環境評估模塊，用於對執行任務的環境進行評估，採集所選飛行區域的氣象信息，對溫度、風力大小、風向、溼度值進行運算，得到環境影響值xe並傳輸給匯總處理器，其中
xe＝∏x1x2x3x4，xi為上述四個因素對應的特徵值，該特徵值反應其影響大小。通過控制變量法進行實驗得到上訴四個因素的影響特徵值，即每次改變一個變量測試得到對續航能力的影響，最終得到可進行運算的特徵值。
進一步地，所述電池評估模塊，用於評估無人機電池本身的能力，通過監測電池實際的放電倍率得到放電倍率值c，並將放電倍率值c傳輸給匯總處理器。
進一步地，所述匯總處理器，用於將上述七個評估模塊輸出的虛擬值進行數學運算，所述匯總處理器最終輸出的結果是續航時間，通過公式判斷該無人機能否滿足任務需要，
a為係數，由實際測試中得到，通過多次實際測試中得到，測試中，每次只更換電機、電池、溫度這三個變量中的一個得到不同的續航時間，再將其它變量數據代入到公式中，每次都能得到一個a值，將多次得到的a值進行距平化，取方差最小時的a作為公式的係數，r為最終結果，是一個比值，當比值大於1時，所述無人機續航能力無法完成所述任務；當比值小於1時，所述無人機續航能力可以完成該任務。
本發明所達到的有益效果：
該設計實用性較強，能有效實現無人機續航能力的評估，方便人們了解無人機，幫助人們挑選無人機和評估無人機，具有現實意義。不同於目前研究，對無人機飛行過程中剩餘電量儘量估算，該方法可以在飛行前估算續航能力，直接得到能否飛行的結果，而非通過神域電量在進行計算能否完成任務。
附圖說明
圖1是續航能力評估系統框圖。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明作進一步描述。以下實施例僅用於更加清楚地說明本發明的技術方案，而不能以此來限制本發明的保護範圍。
如圖1所示，無人機續航能力評估系統最終結果由匯總處理器得出。匯總處理器是對載重評估模塊、任務評估模塊、機型評估模塊、電機評估模塊、尺寸評估模塊、外界環境評估模塊和電池評估模塊這七個模塊得出的虛擬值進行運算。所述虛擬值是對使用者輸入的真實參數值進行第一步處理得出的結果，即設這七個模塊得出虛擬值為(g,xt,xm,n,l,xe,c)，續航能力通過c值反應，其它因素與c的比值乘以係數可得到最終值。其中根據經驗選取係數公式，並經多次實驗驗證公式的誤差，得出最優公式，
更具體的，
所述載重評估模塊，對所要搭載的儀器進行一個評估，單位為kg，任何無人機都有自己的安全載重，在安全載重內，有效載荷增加了無人機的耗電量，超出了安全載重，不僅加快電力流失，也增加無人機的危險指數。無人機總重直接通過稱重裝置稱量，得到重量g後將數值輸入到匯總處理器
所述任務評估模塊是指對無人機需要執行的任務進行評估，垂直爬升、水平拉鋸和斜升、繞行耗電效率不同，任務評估模塊給各種任務設定一個效率值，最後通過這些值的運算來得出最終評估結果。任務評估模塊給定無人機可能進行的動作狀態、如垂直爬升、水平拉鋸和斜升、繞行等，使用者估計任務所需各種動作狀態持續的時間。每一種動作狀態的耗電效率按照其特徵設定特徵值，所有特徵值與其對應時間的乘積求和即為任務耗電率，任務評估模塊將任務耗電率xt的值傳輸給匯總處理器。
其中si為不同的飛行狀態，ti為該狀態對應的時間。
所述機型評估模塊，通過一對多數據線連接機型評估模塊和飛行控制系統，查詢飛控飛行記錄判斷機型類別以及子類別，機型評估模塊得到機型耗電值，所述機型耗電值是一個虛擬的值，用於區分各種機型，將機型耗電值xm傳輸給匯總處理器。
所述電機評估模塊通過評估電機的尺寸和最大通過電流得到電機的效率值，電機效率值決定了該種電機能達到的轉速和抗風能力。通過一對多數據線連接電機評估模塊和飛行控制系統，查詢飛控飛行記錄和試轉電機獲取最大電流值時的轉速，將最大轉速n作為電機的效率值傳輸到匯總處理器。
所述尺寸評估模塊獨立評估無人機軸距。直接量取無人機軸距以mm為單位作為尺寸值，將尺寸大小l輸入到尺寸評估模塊並傳輸到匯總處理器。
所述外界環境評估模塊是對執行任務的環境進行評估。外界環境評估模塊通過連接網絡，直接調取所選飛行區域的氣象信息，對溫度、風力大小、風向、溼度值等進行運算，得到環境影響值傳輸給匯總處理器。
xe＝∏x1x2x3x4，xi為上述四個因素對應的特徵值，該特徵值反應其影響大小。
所述電池評估模塊針對的是電池本身的能力。通過監測電池實際的放電倍率c，得到放電倍率值c，傳輸給匯總處理器。
式中g＝整機重量+有效載荷重量，g取9.8米每秒方，需要指出的是虛擬值沒有單位；任務評估模塊將所需執行任務劃分耗電效率等級，垂直爬升耗電效率取虛擬值2.5，水平拉鋸取值1，自由巡航取值1.3。得到的值其實是耗電效率的虛擬值，在整個式子中作為除數；機型分為直升機、固定翼和多旋翼，其中多旋翼還有軸數的不同。機型評估得出的虛擬值除自身因素外受載重和任務的限制，為簡化計算，不考慮無人機載重和執行任務超出該無人機的能力範圍的情況，則固定翼耗電效率為0.1，直升機0.2，四旋翼為0.4，每增加一個旋翼耗電量增加0.1。八旋翼及以上耗電效率都為0.8。電機評估主要針對的是電機的最大通過電流，最大通過電流決定了電機的轉速和耗電效率。電機通過最大電流時的轉速，沒有單位，作為乘數。尺寸評估作為電機評估的一個延伸，其影響程度較小，電機虛擬值已經決定了尺寸的大概範圍，此處作為乘數百分數進行微調。界環境的虛擬值作為百分數乘數，三級風以下順風為0.8，逆風1.2，亂風為1.1,；三級風到七級風時，順風0.5，逆風1.5，亂風1.2；溫度在0-20度取值1，小於0度或者大於20度取值1.3；相對溼度小於等於30％取值1，幾乎不影響，當相對溼度超過30％時，取值1.4，影響較大。
根據上述關係得出模糊公式，其中加上係數，得最終公式係數經過試驗得出大概值，測試中，更換電機、電池等變量得到不同的續航時間，再將其它變量數據代入到公式中，每次都能得到一個a值，將多次得到的a值進行距平化，取方差最小時的a作為公式的經驗值。因為鋰電池的特殊性質，單節電池到3.5v時，電壓將變得不穩定，並且急劇下降。
該系統，不僅可以對已有無人機的續航能力進行評估，還可以反向通過對載重、執行任務、環境等條件進行設定，獲得推薦的電池、機型、電機等優先解，為用戶挑選無人機提供建議。
以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和變形，這些改進和變形也應視為本發明的保護範圍。