本發(fā)明涉及動力推進無人機，特別是一種基于pwm脈寬調(diào)制的等離子推進控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、等離子無人機的飛行原理是利用一種非對稱高壓電極組電暈放電實現(xiàn)空氣電離，并通過高壓電場實現(xiàn)離子加速，與空氣分子發(fā)生動量交換，產(chǎn)生離子風(fēng)，從而產(chǎn)生推動無人機飛行的推力或垂直起降的升力。相比于傳統(tǒng)無人機，等離子無人機具有較低機械疲勞、飛行噪音小和能量利用效率高的優(yōu)點。等離子無人機作為新概念飛行器，其超靜音的特點意味著它將適合未來的城市巡檢、貨運運輸?shù)裙ぷ鳎档统鞘性胍?；其無機械活動部件的優(yōu)點意味著它在未來將極有可能代替飛行舵面，進一步簡化飛行器結(jié)構(gòu)，延長飛行器使用壽命，降低維護成本。

2、等離子無人機目前還處于理論研究階段，主要的研究集中在等離子推進裝置的電空氣動力學(xué)方面，存在暫無可控飛行的方案的問題。在飛行控制系統(tǒng)方面，固定翼等離子無人機與傳統(tǒng)固定翼以及垂直起飛的等離子無人機與旋翼無人機區(qū)別均較大，很難直接套用傳統(tǒng)無人機的飛行控制系統(tǒng)來控制等離子無人機，同時等離子推進器產(chǎn)生的電磁場對控制信號的干擾也是一個不能避免的考慮因素。

3、因此亟需一種基于pwm脈寬調(diào)制的等離子推進控制系統(tǒng)來解決上述問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為解決上述問題，本申請?zhí)峁┝艘环N基于pwm脈寬調(diào)制的等離子推進控制系統(tǒng)，實現(xiàn)不包含偏航控制的5自由度位姿級聯(lián)控制的目的，旨在實現(xiàn)等離子無人機的姿態(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；

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

5、反饋模塊，所述反饋模塊用于采集等離子無人機加速度和角速度，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)，為等離子無人機提供動力。

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)動模塊包括若干mos管、若干信號指示燈和若干高壓干簧繼電器；

13、其中所述mos管位號分別為q1、q2、q3...qn，所述高壓干簧繼電器位號分別為jdq1、jdq2、jdq3...jdqn，所述led燈位號led1、led2、led3...ledn，所述限流電阻位號分別為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)的多級等離子推進電極組及其支撐結(jié)構(gòu)；

20、所述分區(qū)為上下三級推進電極組，所述多級等離子推進電極組的每級等離子推進電極組包括若干并聯(lián)的等離子推進單元，每個所述等離子推進單元包括發(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)制的等離子推進控制系統(tǒng)，相比傳統(tǒng)動力推進無人機技術(shù)，通過利用電暈放電原理產(chǎn)生離子風(fēng)推進力的等離子推進無人機，針對具有多個分區(qū)推進電極組的等離子無人機設(shè)計可控飛行方案，實現(xiàn)等離子無人機的姿態(tài)控制，對于具有分區(qū)的等離子推進電極組，能夠?qū)崿F(xiàn)不包含偏航控制的5自由度位姿級聯(lián)控制。

25、下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細描述。

技術(shù)特征：

1.一種基于pwm脈寬調(diào)制的等離子推進控制系統(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)制的等離子推進控制系統(tǒng)，其特征在于，所述控制模塊為單片機及其外圍電路，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)制的等離子推進控制系統(tǒng)，其特征在于，所述驅(qū)動模塊包括若干mos管、若干信號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)制的等離子推進控制系統(tǒng)，其特征在于，所述反饋模塊包括加速度計和陀螺儀。

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)的多級等離子推進電極組及其支撐結(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)制的等離子推進控制系統(tǒng)，涉及動力推進無人機技術(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)動模塊通過改變高壓干簧繼電器的通斷將低壓信號轉(zhuǎn)換成高壓信號，反饋模塊用于采集等離子無人機加速度和角速度，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)，為等離子無人機提供動力，供電模塊連接穩(wěn)壓模塊、驅(qū)動模塊和執(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控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)等離子無人機的姿態(tài)控制和不包含偏航控制的5自由度位姿級聯(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