本發(fā)明涉及動(dòng)力推進(jìn)無(wú)人機(jī)，特別是一種基于pwm脈寬調(diào)制的等離子推進(jìn)控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、等離子無(wú)人機(jī)的飛行原理是利用一種非對(duì)稱高壓電極組電暈放電實(shí)現(xiàn)空氣電離，并通過(guò)高壓電場(chǎng)實(shí)現(xiàn)離子加速，與空氣分子發(fā)生動(dòng)量交換，產(chǎn)生離子風(fēng)，從而產(chǎn)生推動(dòng)無(wú)人機(jī)飛行的推力或垂直起降的升力。相比于傳統(tǒng)無(wú)人機(jī)，等離子無(wú)人機(jī)具有較低機(jī)械疲勞、飛行噪音小和能量利用效率高的優(yōu)點(diǎn)。等離子無(wú)人機(jī)作為新概念飛行器，其超靜音的特點(diǎn)意味著它將適合未來(lái)的城市巡檢、貨運(yùn)運(yùn)輸?shù)裙ぷ?，降低城市噪音；其無(wú)機(jī)械活動(dòng)部件的優(yōu)點(diǎn)意味著它在未來(lái)將極有可能代替飛行舵面，進(jìn)一步簡(jiǎn)化飛行器結(jié)構(gòu)，延長(zhǎng)飛行器使用壽命，降低維護(hù)成本。

2、等離子無(wú)人機(jī)目前還處于理論研究階段，主要的研究集中在等離子推進(jìn)裝置的電空氣動(dòng)力學(xué)方面，存在暫無(wú)可控飛行的方案的問(wèn)題。在飛行控制系統(tǒng)方面，固定翼等離子無(wú)人機(jī)與傳統(tǒng)固定翼以及垂直起飛的等離子無(wú)人機(jī)與旋翼無(wú)人機(jī)區(qū)別均較大，很難直接套用傳統(tǒng)無(wú)人機(jī)的飛行控制系統(tǒng)來(lái)控制等離子無(wú)人機(jī)，同時(shí)等離子推進(jìn)器產(chǎn)生的電磁場(chǎng)對(duì)控制信號(hào)的干擾也是一個(gè)不能避免的考慮因素。

3、因此亟需一種基于pwm脈寬調(diào)制的等離子推進(jìn)控制系統(tǒng)來(lái)解決上述問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決上述問(wèn)題，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N基于pwm脈寬調(diào)制的等離子推進(jìn)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)不包含偏航控制的5自由度位姿級(jí)聯(lián)控制的目的，旨在實(shí)現(xiàn)等離子無(wú)人機(jī)的姿態(tài)控制，包括以下模塊：

2、穩(wěn)壓模塊，所述穩(wěn)壓模塊用于供給穩(wěn)定電壓，輸出給控制模塊和反饋模塊；

3、控制模塊，所述控制模塊用于解算姿態(tài)傳感器數(shù)據(jù)，根據(jù)pid控制輸出4路pwm控制信號(hào)；

4、驅(qū)動(dòng)模塊，所述驅(qū)動(dòng)模塊通過(guò)改變高壓干簧繼電器的通斷將低壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成高壓信號(hào)；

5、反饋模塊，所述反饋模塊用于采集等離子無(wú)人機(jī)加速度和角速度，為控制模塊提供姿態(tài)反饋；

6、執(zhí)行模塊，所述執(zhí)行模塊用于產(chǎn)生離子風(fēng)，為等離子無(wú)人機(jī)提供動(dòng)力。

7、優(yōu)選的，供電模塊，所述供電模塊用于系統(tǒng)供給電壓，儲(chǔ)存電能，所述供電模塊包括一路供電和二路供電，一路供電為高壓供電輸出至執(zhí)行模塊，二路供電為低壓供電輸出至其他模塊；

8、所述高壓供電的電源為鋰聚合物電池，連接到高壓電源轉(zhuǎn)換器進(jìn)行升高電壓并整流。

9、所述低壓供電的電源為鋰電池，用于驅(qū)動(dòng)模塊、穩(wěn)壓模塊、反饋模塊和控制模塊供電。

10、優(yōu)選的，所述穩(wěn)壓模塊包括穩(wěn)壓器u1、電容c1、電容c2和電容c3，所述穩(wěn)壓器u1的接地端接地，所述穩(wěn)壓器u1的輸入端連接到鋰電池端口和電容c1、電容c2的一端，所述穩(wěn)壓器u1的輸出端連接到電容c3的一端和控制模塊，電容c1、電容c2和電容c3的另一端接地。

11、優(yōu)選的，所述控制模塊為單片機(jī)及其外圍電路，pwm的輸出引腳分別為pa0引腳、pa1引腳、pa2引腳和pa3引腳。

12、優(yōu)選的，所述驅(qū)動(dòng)模塊包括若干mos管、若干信號(hào)指示燈和若干高壓干簧繼電器；

13、其中所述mos管位號(hào)分別為q1、q2、q3...qn，所述高壓干簧繼電器位號(hào)分別為jdq1、jdq2、jdq3...jdqn，所述led燈位號(hào)led1、led2、led3...ledn，所述限流電阻位號(hào)分別為r1、r2、r3...rn；

14、所述mos管一端連接到低壓供電輸出，另一端連接到繼電器控制輸入端；

15、所述高壓干簧繼電器的控制端連接到控制模塊pwm輸出引腳，所述高壓干簧繼電器的控制輸出端接地；

16、所述高壓干簧繼電器的高壓輸入端口連接到供電模塊高壓輸出，高壓干簧繼電器的高壓輸出端口連接到執(zhí)行模塊的發(fā)射極；

17、所述led燈一端連接到控制模塊pwm輸出引腳，一端連接限流電阻，限流電阻另一端接地。

18、優(yōu)選的，所述反饋模塊包括加速度計(jì)和陀螺儀。

19、優(yōu)選的，所述執(zhí)行模塊為若干分區(qū)的多級(jí)等離子推進(jìn)電極組及其支撐結(jié)構(gòu)；

20、所述分區(qū)為上下三級(jí)推進(jìn)電極組，所述多級(jí)等離子推進(jìn)電極組的每級(jí)等離子推進(jìn)電極組包括若干并聯(lián)的等離子推進(jìn)單元，每個(gè)所述等離子推進(jìn)單元包括發(fā)射電極和收集電極，所述發(fā)射電極設(shè)置于兩個(gè)收集電極的水平中心位置，所述發(fā)射電極與所述收集電極交錯(cuò)分布。

21、優(yōu)選的，所述發(fā)射電極為鎢絲導(dǎo)線或銅絲導(dǎo)線，其直徑為25～80μm，所述收集電極由外覆鋁箔的翼型輕木制成；

22、所述發(fā)射電極連接高壓干簧繼電器的輸出端口，所述收集電極接地。

23、優(yōu)選的，所述供電模塊連接所述穩(wěn)壓模塊、所述驅(qū)動(dòng)模塊和所述執(zhí)行模塊，所述穩(wěn)壓模塊連接所述控制模塊和反饋模塊。

24、綜上所述，本發(fā)明的一種基于pwm脈寬調(diào)制的等離子推進(jìn)控制系統(tǒng)，相比傳統(tǒng)動(dòng)力推進(jìn)無(wú)人機(jī)技術(shù)，通過(guò)利用電暈放電原理產(chǎn)生離子風(fēng)推進(jìn)力的等離子推進(jìn)無(wú)人機(jī)，針對(duì)具有多個(gè)分區(qū)推進(jìn)電極組的等離子無(wú)人機(jī)設(shè)計(jì)可控飛行方案，實(shí)現(xiàn)等離子無(wú)人機(jī)的姿態(tài)控制，對(duì)于具有分區(qū)的等離子推進(jìn)電極組，能夠?qū)崿F(xiàn)不包含偏航控制的5自由度位姿級(jí)聯(lián)控制。

25、下面通過(guò)附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

技術(shù)特征：

1.一種基于pwm脈寬調(diào)制的等離子推進(jìn)控制系統(tǒng)，其特征在于，包括以下模塊：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于pwm脈寬調(diào)制的等離子推進(jìn)控制系統(tǒng)，其特征在于，還包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于pwm脈寬調(diào)制的等離子推進(jìn)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述穩(wěn)壓模塊包括穩(wěn)壓器u1、電容c1、電容c2和電容c3，所述穩(wěn)壓器u1的接地端接地，所述穩(wěn)壓器u1的輸入端連接到鋰電池端口和電容c1、電容c2的一端，所述穩(wěn)壓器u1的輸出端連接到電容c3的一端和控制模塊，電容c1、電容c2和電容c3的另一端接地。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于pwm脈寬調(diào)制的等離子推進(jìn)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述控制模塊為單片機(jī)及其外圍電路，pwm的輸出引腳分別為pa0引腳、pa1引腳、pa2引腳和pa3引腳。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于pwm脈寬調(diào)制的等離子推進(jìn)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)模塊包括若干mos管、若干信號(hào)指示燈和若干高壓干簧繼電器；

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于pwm脈寬調(diào)制的等離子推進(jìn)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述反饋模塊包括加速度計(jì)和陀螺儀。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于pwm脈寬調(diào)制的等離子推進(jìn)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述執(zhí)行模塊為若干分區(qū)的多級(jí)等離子推進(jìn)電極組及其支撐結(jié)構(gòu)；

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種基于pwm脈寬調(diào)制的等離子推進(jìn)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)射電極為鎢絲導(dǎo)線或銅絲導(dǎo)線，其直徑為25~80μm，所述收集電極由外覆鋁箔的翼型輕木制成；

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于pwm脈寬調(diào)制的等離子推進(jìn)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述供電模塊連接所述穩(wěn)壓模塊、所述驅(qū)動(dòng)模塊和所述執(zhí)行模塊，所述穩(wěn)壓模塊連接所述控制模塊和反饋模塊。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于PWM脈寬調(diào)制的等離子推進(jìn)控制系統(tǒng)，涉及動(dòng)力推進(jìn)無(wú)人機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，系統(tǒng)包括供電模塊、穩(wěn)壓模塊、控制模塊、驅(qū)動(dòng)模塊、反饋模塊和執(zhí)行模塊，其中穩(wěn)壓模塊用于供給穩(wěn)定電壓，輸出給控制模塊和反饋模塊，控制模塊用于解算姿態(tài)傳感器數(shù)據(jù)，驅(qū)動(dòng)模塊通過(guò)改變高壓干簧繼電器的通斷將低壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成高壓信號(hào)，反饋模塊用于采集等離子無(wú)人機(jī)加速度和角速度，為控制模塊提供姿態(tài)反饋，執(zhí)行模塊用于產(chǎn)生離子風(fēng)，為等離子無(wú)人機(jī)提供動(dòng)力，供電模塊連接穩(wěn)壓模塊、驅(qū)動(dòng)模塊和執(zhí)行模塊，穩(wěn)壓模塊連接控制模塊和反饋模塊，本發(fā)明提供的等離子推進(jìn)控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)等離子無(wú)人機(jī)的姿態(tài)控制和不包含偏航控制的5自由度位姿級(jí)聯(lián)控制。

技術(shù)研發(fā)人員：霍明英,英毓龍,王建鋒,王業(yè)光,王世鵬,林桐,齊乃明
受保護(hù)的技術(shù)使用者：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19