本實(shí)用新型涉及無人機(jī)起動控制領(lǐng)域，特別涉及一種高原儲能式無人機(jī)起動裝置。

背景技術(shù)：

無人機(jī)地面起動裝置為無人機(jī)起動提供動力保障，關(guān)系到無人機(jī)安全、可靠地起動，是重要的地面保障設(shè)備。無人機(jī)起動裝置均采用功率模塊恒壓直接供電輸出的工作模式，即起動裝置輸出電壓恒定的直流電，驅(qū)動起動電機(jī)轉(zhuǎn)動，再由起動電機(jī)帶動無人機(jī)發(fā)動機(jī)起動。

無人機(jī)起動飛行試驗(yàn)一般都在外場進(jìn)行，需要外接柴油發(fā)電機(jī)做為動力源，目前無人機(jī)外場試驗(yàn)發(fā)動機(jī)起動過程中，起動動力輸出主要存在如下兩個問題：其一，由于外場場地的特殊性，柴油發(fā)電機(jī)的體積和重量受到了很多因素的限制，故油機(jī)對外輸出功率有限；在高原環(huán)境下，由于空氣稀薄，油機(jī)燃油效率低，在其它同等情況下，輸出功率更小，起動裝置輸入功率不足，采用功率模塊恒壓直接輸出的工作模式難以支撐無人機(jī)起動時(shí)的大功率輸出需求。其二，在發(fā)動機(jī)起動的起始階段，由于發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速為零，起動電機(jī)處于或接近“堵轉(zhuǎn)”狀態(tài)，故其產(chǎn)生的反向電動勢為零；而恒壓供電輸出模式輸出電壓為恒定值，導(dǎo)致起動起始瞬間無人機(jī)發(fā)動機(jī)均處于最大扭矩狀態(tài)，過大的扭矩沖擊將帶來損傷發(fā)動機(jī)軸甚至斷軸的嚴(yán)重后果。其三，無人機(jī)自帶發(fā)動機(jī)在高原上起動時(shí)，由于空氣、溫度、濕度等因素的影響，發(fā)動機(jī)輸出特性不穩(wěn)定，易發(fā)生改變，在功率模塊恒壓直接輸出的工作模式下，即使輸入功率充足，也會出現(xiàn)發(fā)動機(jī)起動過程中超時(shí)停車現(xiàn)象。

目前無人機(jī)項(xiàng)目正處于如火如荼的發(fā)展過程中，地面無人機(jī)起動裝置作為無人機(jī)起動配套設(shè)備也隨之快速發(fā)展，但現(xiàn)有的無人機(jī)起動配套設(shè)備并不能很好地滿足高原等特殊環(huán)境的需求。

因此有必要提供一種采用新的輸出模式的起動裝置來解決該問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，提供一種高原儲能式無人機(jī)起動裝置。

本實(shí)用新型的目的通過以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種高原儲能式無人機(jī)起動裝置，包括功率模塊一、儲能電路一、功率模塊二、儲能電路二、邏輯控制電路，還包括分別與功率模塊一、儲能電路一、功率模塊二、儲能電路二、邏輯控制電路的主回路連接的主控制電路；其中功率模塊一與儲能電路一并聯(lián)后，再與邏輯控制電路連接；功率模塊二與儲能電路二并聯(lián)后，再與邏輯控制電路連接；

所述邏輯控制電路包括繼電器K3、繼電器K4、繼電器K5、繼電器K6、繼電器K7，以及限流電阻R1、限流電阻R2；其中繼電器K3與限流電阻R1并聯(lián)連接，繼電器K4與限流電阻R2并聯(lián)連接，繼電器K3的一端與功率模塊一的正極輸出端連接，繼電器K3的另一端與繼電器K4、繼電器K7依次連接，繼電器K7的輸出端為起動裝置的正極輸出端；繼電器K5的1腳分別與功率模塊一的負(fù)級輸出端、功率模塊二的正級輸出端連接，繼電器K5的2腳與功率模塊二的負(fù)極輸出端連接，以方便升壓切換；繼電器K5的輸出端為起動裝置的負(fù)極輸出端；繼電器K6一端與起動裝置的負(fù)極輸出端連接，另一端與繼電器K7和繼電器K4的連接點(diǎn)連接，繼電器K6的作用為供起動裝置內(nèi)部能量釋放。

所述儲能電路一包括繼電器K1、超級電容C1，繼電器K1的一端與功率模塊一的正極輸出端連接，繼電器K1的另一端與超級電容C1的正極連接，超級電容C1的負(fù)極與功率模塊一的負(fù)極輸出端連接；所述功率模塊一輸出28V直流電壓。

需要說明的是，超級電容為本領(lǐng)域技術(shù)人員所知的專有名詞，超級電容有固定的極性。如百度百科中建立的詞條“超級電容”，對應(yīng)的鏈接為http://baike.baidu.com/link？url＝kPXmoIOAfzBYBg-NTuqSg4VZlNlXKZg_1-jqbk6OsqvNktWHAz4wMZ0g0M1ppWr2sZ3vmc2HkpoxCPExJmtlBgt7C2CQqqq54fT-tL lRK18neC20-coZz8z4VF-9wKVS。

所述超級電容C1為雙電層電容或法拉第準(zhǔn)電容。

所述儲能電路二包括繼電器K2、超級電容C2，繼電器K2的一端與功率模塊二的正極輸出端連接，繼電器K2的另一端與超級電容C2的正極連接，超級電容C2的負(fù)極與功率模塊二的負(fù)極輸出端連接；所述功率模塊二輸出12V直流電壓。

所述超級電容C2為雙電層電容或法拉第準(zhǔn)電容。

本實(shí)用新型的工作過程如下所示：

一、非升壓工作模式

S1.上電后功率模塊一處于工作狀態(tài)，功率模塊一對儲能電路一中的超級電容C1進(jìn)行充電，待超級電容C1充電完成，功率模塊一輸出電壓為0V；功率模塊一、儲能電路一進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，等待無人機(jī)飛控指令；

S2.收到無人機(jī)飛控指令，主控制電路控制繼電器K5閉合到1腳，然后控制繼電器K7閉合，當(dāng)檢測到輸出電流大于設(shè)定值K時(shí)，在設(shè)定時(shí)間T1內(nèi)將功率模塊一的輸出電壓緩慢地上升到設(shè)定電壓值；在T1時(shí)刻，主控制電路控制繼電器K1吸合，延遲t1；主控制電路控制繼電器K3吸合，延遲t2；主控制電路控制繼電器K4吸合，延遲t3；

S3.收到無人機(jī)停機(jī)指令，主控制電路控制繼電器K7、繼電器K3、繼電器K4依次斷開，此時(shí)儲能電路一中的超級電容C1重新充電，充滿后斷開繼電器K1，為下一次起動做準(zhǔn)備；

S4.當(dāng)工作結(jié)束后，先對超級電容C1進(jìn)行放電操作；

二、升壓工作模式

S1.上電后功率模塊一、功率模塊二處于工作狀態(tài)，主控制電路控制繼電器K1、繼電器K2合上，功率模塊一對儲能電路一中的超級電容C1進(jìn)行充電，同時(shí)功率模塊二對儲能電路二中的超級電容C2進(jìn)行充電，待超級電容C1、C2充滿電(具體充電時(shí)間視容量及充電電流等情況)，功率模塊一、功率模塊二的輸出電壓為0V，功率模塊一、儲能電路一、功率模塊二、儲能電路二進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，等待無人機(jī)飛控指令；

S2.收到無人機(jī)飛控指令，主控制電路控制繼電器K5閉合到1腳，且繼電器K7閉合，當(dāng)檢測到輸出電流大于設(shè)定值K時(shí)，在設(shè)定時(shí)間T1內(nèi)將功率模塊一的輸出電壓緩慢地上升到設(shè)定電壓值；在T1時(shí)刻，主控制電路控制繼電器K1吸合，延遲t1；主控制電路控制繼電器K3吸合，延遲t2；主控制電路控制繼電器K4吸合，延遲t3；經(jīng)歷設(shè)定時(shí)間T2后，轉(zhuǎn)入升壓起動,主控制電路控制繼電器K2吸合，同時(shí)主控制電路控制繼電器K5吸合至2腳，起動裝置進(jìn)入升壓供電階段，直至起動完畢；

S3.收到無人機(jī)停機(jī)指令，主控制電路控制繼電器K7、繼電器K3、繼電器K4依次斷開，此時(shí)儲能電路一中的超級電容C1、儲能電路一中的超級電容C2重新充電，充滿后斷開繼電器K1、繼電器K2，為下一次起動做準(zhǔn)備；

S4.當(dāng)工作結(jié)束后，先對超級電容進(jìn)行放電操作。

所述設(shè)定值K為50A，設(shè)定時(shí)間T1為400ms，t1、t2、t3為100ms。

非升壓工作模式中，所述步驟S4具體為：斷開繼電器K7，吸合繼電器K1、繼電器K2，吸合繼電器K5至1腳，用電阻回路放電，大約5～10S放電完畢后，各繼電器恢復(fù)放電前狀態(tài)。

升壓工作模式中，所述步驟S4具體為：斷開繼電器K7，吸合繼電器K1、繼電器K2，吸合繼電器K5至2腳，用電阻回路放電，大約5～10S放電完畢后，各繼電器恢復(fù)放電前狀態(tài)。

本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果：

1.本實(shí)用新型電源起動初始輸出電壓從接近0V開始輸出，通過巧妙的軟硬件配合，在無人機(jī)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速逐漸加快并進(jìn)入高速運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中，逐步提高起動電源的電壓輸出值。這種定制化緩升設(shè)計(jì)，使發(fā)動機(jī)起動扭矩給定變化更加平滑，減小了對發(fā)動機(jī)扭矩的沖擊，同時(shí)降低了起動過程中對發(fā)動機(jī)主軸的損傷，確保了無人機(jī)起動時(shí)的安全性與可靠性。

2.在高原等野外環(huán)境輸入功率不足情況下，能實(shí)現(xiàn)數(shù)倍于輸入功率的輸出,可大大減輕油機(jī)發(fā)電負(fù)荷，保證野外其它飛控設(shè)備的用電安全；3.既能滿足常用的非升壓大電流起動，又能在高原等特定環(huán)境下實(shí)現(xiàn)無人機(jī)發(fā)動機(jī)的升壓起動，徹底解決發(fā)動機(jī)起動過程中超時(shí)停車現(xiàn)象。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型所述一種高原儲能式無人機(jī)起動裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為圖1所述高原儲能式無人機(jī)起動裝置的功率模塊一的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為圖1所述高原儲能式無人機(jī)起動裝置的功率模塊二的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為一種高原儲能式無人機(jī)起動裝置起動原理圖。

圖5為帶阻性負(fù)載非升壓起動曲線圖。

圖6為帶阻性負(fù)載升壓起動曲線圖。

圖7為帶發(fā)動機(jī)負(fù)載非升壓起動曲線圖。

圖8為帶發(fā)動機(jī)負(fù)載升壓起動曲線圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式不限于此。

如圖1，一種高原儲能式無人機(jī)起動裝置，包括功率模塊一、儲能電路一、功率模塊二、儲能電路二、邏輯控制電路，還包括分別與功率模塊一、儲能電路一、功率模塊二、儲能電路二、邏輯控制電路的主回路連接的主控制電路；其中功率模塊一與儲能電路一并聯(lián)后，再與邏輯控制電路連接；功率模塊二與儲能電路二并聯(lián)后，再與邏輯控制電路連接；

所述邏輯控制電路包括繼電器K3、繼電器K4、繼電器K5、繼電器K6、繼電器K7，以及限流電阻R1、限流電阻R2；其中繼電器K3與限流電阻R1并聯(lián)連接，繼電器K4與限流電阻R2并聯(lián)連接，繼電器K3的一端與功率模塊一的正極輸出端連接，繼電器K3的另一端與繼電器K4、繼電器K7依次連接，繼電器K7的輸出端為起動裝置的正極輸出端；繼電器K5的1腳分別與功率模塊一的負(fù)級輸出端、功率模塊二的正級輸出端連接，繼電器K5的2腳與功率模塊二的負(fù)極輸出端連接，以方便升壓切換；繼電器K5的輸出端為起動裝置的負(fù)極輸出端；繼電器K6一端與起動裝置的負(fù)極輸出端連接，另一端與繼電器K7和繼電器K4的連接點(diǎn)連接，繼電器K6的作用為供起動裝置內(nèi)部能量釋放。

功率模塊一、功率模塊二內(nèi)部均由多個單模塊并聯(lián)構(gòu)成，功率模塊一、功率模塊二的結(jié)構(gòu)示意圖分別如圖2、3；

高原儲能式無人機(jī)起動裝置本質(zhì)上為一大功率電源，其輸出的電壓供給無人機(jī)的發(fā)動機(jī)內(nèi)部的起動電機(jī)，起動電機(jī)輸出扭距到發(fā)動機(jī)軸，帶動無人機(jī)起動。

所述儲能電路一包括繼電器K1、超級電容C1，繼電器K1的一端與功率模塊一的正極輸出端連接，繼電器K1的另一端與超級電容C1的正極連接，超級電容C1的負(fù)極與功率模塊一的負(fù)極輸出端連接；所述功率模塊一輸出28V直流電壓。

需要說明的是，超級電容為本領(lǐng)域技術(shù)人員所知的專有名詞，超級電容有固定的極性。如百度百科中建立的詞條“超級電容”，對應(yīng)的鏈接為http://baike.baidu.com/link？url＝kPXmoIOAfzBYBg-NTuqSg4VZlNlXKZg_1-jqbk6OsqvNktWHAz4wMZ0g0M1ppWr2sZ3vmc2HkpoxCPExJmtlBgt7C2CQqqq54fT-tL lRK18neC20-coZz8z4VF-9wKVS。

所述超級電容C1為雙電層電容或法拉第準(zhǔn)電容。

所述儲能電路二包括繼電器K2、超級電容C2，繼電器K2的一端與功率模塊二的正極輸出端連接，繼電器K2的另一端與超級電容C2的正極連接，超級電容C2的負(fù)極與功率模塊二的負(fù)極輸出端連接；所述功率模塊二輸出12V直流電壓。

所述超級電容C2為雙電層電容或法拉第準(zhǔn)電容。

其工作過程如下：

一、非升壓工作模式

S1.上電后功率模塊一處于工作狀態(tài)，功率模塊一對儲能電路一中的超級電容C1進(jìn)行充電，待超級電容C1充電完成，功率模塊一輸出電壓為0V；功率模塊一、儲能電路一進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，等待無人機(jī)飛控指令；

S2.收到無人機(jī)飛控指令，主控制電路控制繼電器K5閉合到1腳，然后控制繼電器K7閉合，當(dāng)檢測到輸出電流大于設(shè)定值K時(shí)，在設(shè)定時(shí)間T1內(nèi)將功率模塊一的輸出電壓緩慢地上升到設(shè)定電壓值；在T1時(shí)刻，主控制電路控制繼電器K1吸合，延遲t1；主控制電路控制繼電器K3吸合，延遲t2；主控制電路控制繼電器K4吸合，延遲t3；

S3.收到無人機(jī)停機(jī)指令，主控制電路控制繼電器K7、繼電器K3、繼電器K4依次斷開，此時(shí)儲能電路一中的超級電容C1重新充電，充滿后斷開繼電器K1，為下一次起動做準(zhǔn)備；

S4.當(dāng)工作結(jié)束后，先對超級電容C1進(jìn)行放電操作；

二、升壓工作模式

S1.上電后功率模塊一、功率模塊二處于工作狀態(tài)，主控制電路控制繼電器K1、繼電器K2合上，功率模塊一對儲能電路一中的超級電容C1進(jìn)行充電，同時(shí)功率模塊二對儲能電路二中的超級電容C2進(jìn)行充電，待超級電容C1、C2充滿電(具體充電時(shí)間視容量及充電電流等情況)，功率模塊一、功率模塊二的輸出電壓為0V，功率模塊一、儲能電路一、功率模塊二、儲能電路二進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，等待無人機(jī)飛控指令；

S2.收到無人機(jī)飛控指令，主控制電路控制繼電器K5閉合到1腳，且繼電器K7閉合，當(dāng)檢測到輸出電流大于設(shè)定值K時(shí)，在設(shè)定時(shí)間T1內(nèi)將功率模塊一的輸出電壓緩慢地上升到設(shè)定電壓值；在T1時(shí)刻，主控制電路控制繼電器K1吸合，延遲t1；主控制電路控制繼電器K3吸合，延遲t2；主控制電路控制繼電器K4吸合，延遲t3；經(jīng)歷設(shè)定時(shí)間T2后，轉(zhuǎn)入升壓起動,主控制電路控制繼電器K2吸合，同時(shí)主控制電路控制繼電器K5吸合至2腳，起動裝置進(jìn)入升壓供電階段，直至起動完畢；

S3.收到無人機(jī)停機(jī)指令，主控制電路控制繼電器K7、繼電器K3、繼電器K4依次斷開，此時(shí)儲能電路一中的超級電容C1、儲能電路一中的超級電容C2重新充電，充滿后斷開繼電器K1、繼電器K2，為下一次起動做準(zhǔn)備；

S4.當(dāng)工作結(jié)束后，先對超級電容進(jìn)行放電操作。

所述設(shè)定值K為50A，設(shè)定時(shí)間T1為400ms，t1、t2、t3為100ms。

非升壓工作模式中，所述步驟S4具體為：斷開繼電器K7，吸合繼電器K1、繼電器K2，吸合繼電器K5至1腳，用電阻回路放電，大約5～10S放電完畢后，各繼電器恢復(fù)放電前狀態(tài)。

升壓工作模式中，所述步驟S4具體為：斷開繼電器K7，吸合繼電器K1、繼電器K2，吸合繼電器K5至2腳，用電阻回路放電，大約5～10S放電完畢后，各繼電器恢復(fù)放電前狀態(tài)。

如圖4，無人機(jī)任何模式起動(升壓起動和非升壓起動)，起動全過程2如下：在0-T1的起始階段，電壓從接近0V開始緩慢上升，對應(yīng)電流緩慢爬升，大約在T1時(shí)刻(根據(jù)系統(tǒng)調(diào)試確定)電流爬升至I1；在T1-T2期間，通過邏輯控制電路的作用，電流繼續(xù)爬升至I2，在0-I2整個過程，定制化的電壓電流緩升設(shè)計(jì)，限制了起動電流的過沖，減小了對發(fā)動機(jī)扭矩的沖擊，確保了無人機(jī)起動時(shí)的安全性與可靠性。在T2時(shí)刻(根據(jù)系統(tǒng)調(diào)試確定)，緩升階段完成，起動裝置的儲能電路與功率模塊并聯(lián)直接對發(fā)動機(jī)供電，直至T3時(shí)刻發(fā)動機(jī)起動成功。

如圖5，根據(jù)發(fā)動機(jī)起動功率大小，采用定制電阻模擬無人機(jī)發(fā)動機(jī)起動初始狀態(tài)，因電阻負(fù)載不具感性，起動裝置采用非升壓起動時(shí)，電壓上升及邏輯控制電路工作各階段可在圖5中清晰得到驗(yàn)證。

如圖6，根據(jù)發(fā)動機(jī)起動功率大小，采用定制電阻模擬無人機(jī)發(fā)動機(jī)起動初始狀態(tài)，因電阻負(fù)載不具感性，起動裝置采用升壓起動時(shí)，圖6中，起動后半階段功率模塊二及儲能電路二切入工作，電壓明顯抬升。

如圖7，起動裝置帶無人機(jī)發(fā)動機(jī)外場進(jìn)行試飛實(shí)測：起始階段，發(fā)動機(jī)處于堵轉(zhuǎn)狀態(tài)，起動電流迅速增大且得到有效限制，電流具備緩升效果，由于發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)子的感性作用，整個發(fā)動機(jī)起動過程電流比采用阻性負(fù)載時(shí)更平滑，起動后半階段，發(fā)動機(jī)逐漸進(jìn)入高速運(yùn)轉(zhuǎn)階段，起動電流逐漸減小。

如圖8，起動裝置帶無人機(jī)發(fā)動機(jī)外場進(jìn)行試飛實(shí)測：起始階段，發(fā)動機(jī)處于堵轉(zhuǎn)狀態(tài)，起動電流迅速增大且得到有效限制，電流具備緩升效果，起動后半階段功率模塊二及儲能電路二切入工作，電壓明顯抬升，保證了特殊外場環(huán)境下的無人機(jī)的成功起飛。

上述實(shí)施例為本實(shí)用新型較佳的實(shí)施方式，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本實(shí)用新型的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。