本發(fā)明涉及無(wú)人機(jī)能耗領(lǐng)域，具體涉及一種動(dòng)載荷電動(dòng)力無(wú)人機(jī)有效作業(yè)能耗評(píng)價(jià)方法。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，“智能”這兩個(gè)字越來(lái)越多地出現(xiàn)在人們的生活當(dāng)中。農(nóng)業(yè)植保無(wú)人機(jī)的出現(xiàn)，是農(nóng)業(yè)智能化的顯著特征和標(biāo)志之一。推出的農(nóng)業(yè)噴藥無(wú)人機(jī)，噴藥效率是人工作業(yè)的40-60倍，防治害蟲(chóng)效果更好，徹底解放了人工噴藥的辛苦和低效率，被稱為智能噴藥的神器。生活因?yàn)榭萍嫉陌l(fā)展變得多姿起來(lái)，農(nóng)業(yè)也因?yàn)榭萍级痈咝?。但是續(xù)航時(shí)間和更加智能化控制這兩個(gè)問(wèn)題是未來(lái)有待提升之處。當(dāng)前，市面上的大多數(shù)無(wú)人機(jī)續(xù)航都在15-25分鐘之間，空中的續(xù)航能力普遍不高，這也就限制了無(wú)人機(jī)的使用。雖然可以降落后更換電池使用，但一般用戶備用電池只有一兩塊，并且電池充電慢。續(xù)航時(shí)間短大部分原因歸咎于目前電池技術(shù)的局限，鋰電池的密度已經(jīng)近于一個(gè)峰值，很難再有很明顯的突破，所以很多無(wú)人機(jī)廠商已經(jīng)開(kāi)始研究其他動(dòng)力的消費(fèi)級(jí)無(wú)人機(jī)。

基于目前仍未解決無(wú)人機(jī)的動(dòng)力問(wèn)題，那么提高無(wú)人機(jī)的續(xù)航能力就必須由降低無(wú)人機(jī)能耗方面入手，如果無(wú)人機(jī)作業(yè)時(shí)候能耗控制到最低，就能大大提高無(wú)人機(jī)的續(xù)航能力，通過(guò)動(dòng)載荷電動(dòng)力無(wú)人機(jī)有效作業(yè)能耗評(píng)價(jià)方法，能夠了解農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)動(dòng)態(tài)噴施時(shí)候電力系統(tǒng)的能量消耗情況，為無(wú)人機(jī)節(jié)能優(yōu)化提供參考與支持，然而現(xiàn)有技術(shù)中還沒(méi)有相關(guān)的動(dòng)載荷電動(dòng)力無(wú)人機(jī)有效作業(yè)能耗評(píng)價(jià)方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種動(dòng)載荷電動(dòng)力無(wú)人機(jī)有效作業(yè)能耗評(píng)價(jià)方法，利用該方法了解農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)動(dòng)態(tài)噴施時(shí)電力系統(tǒng)的能量消耗情況，從而為無(wú)人機(jī)節(jié)能優(yōu)化提供參考與支持。

本發(fā)明的目的通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種動(dòng)載荷電動(dòng)力無(wú)人機(jī)有效作業(yè)能耗評(píng)價(jià)方法，包括以下步驟：

步驟一、測(cè)量并標(biāo)定電動(dòng)力無(wú)人機(jī)空載質(zhì)量m0；

步驟二、將質(zhì)量可變載重物安裝到電動(dòng)力無(wú)人機(jī)上；

步驟三、啟動(dòng)電動(dòng)力無(wú)人機(jī)作業(yè)，保持電機(jī)轉(zhuǎn)速、扭矩并控制電動(dòng)力無(wú)人機(jī)上的載重物質(zhì)量逐漸較少為mk，記錄電機(jī)實(shí)時(shí)電壓、電流、電池輸出功率、電池剩余電量及飛行距離s；

步驟四、再次啟動(dòng)電動(dòng)力無(wú)人機(jī)作業(yè)，從起點(diǎn)飛至s，保持電動(dòng)力無(wú)人機(jī)上的載重物質(zhì)量不變，逐漸改變電機(jī)轉(zhuǎn)速、扭矩，并記錄電機(jī)實(shí)時(shí)電壓、電流、電池輸出功率、電池剩余電量；

步驟五、根據(jù)步驟一至步驟四，計(jì)算電動(dòng)力無(wú)人機(jī)電機(jī)的負(fù)載系數(shù)k、運(yùn)行效率ηem和功率因數(shù)；

步驟六、分別計(jì)算步驟三及步驟四兩次無(wú)人機(jī)作業(yè)過(guò)程的電能消耗量；

步驟七、分析電動(dòng)力無(wú)人機(jī)電機(jī)系統(tǒng)能耗影響因素。

本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選方案，其中，所述電動(dòng)力無(wú)人機(jī)由無(wú)人機(jī)地面控制站的飛行控制模塊控制，通過(guò)無(wú)人機(jī)地面控制站調(diào)節(jié)無(wú)人機(jī)的電機(jī)轉(zhuǎn)速、扭矩及控制載重物質(zhì)量變化。

本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選方案，其中，所述電動(dòng)力無(wú)人機(jī)佩戴庫(kù)倫計(jì)、壓力傳感器及無(wú)線信號(hào)傳輸器模塊，霍爾庫(kù)倫計(jì)中的電壓電流表用于測(cè)量無(wú)人機(jī)電池的電壓、電流、充放電容量、充放電時(shí)間、功率等多種物理量。

進(jìn)一步的，所述壓力傳感器用于測(cè)得所述載重物的實(shí)時(shí)壓力，無(wú)線信號(hào)傳輸器能將所述電壓電流表的顯示數(shù)據(jù)及壓力傳感器的顯示數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為無(wú)線信號(hào)傳遞到無(wú)人機(jī)地面控制站上的信號(hào)接收裝置，進(jìn)而顯示實(shí)時(shí)電池電壓、電流、功率等數(shù)據(jù)。

本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選方案，其中，所述電動(dòng)力無(wú)人機(jī)電機(jī)的負(fù)載系數(shù)為無(wú)人機(jī)電機(jī)輸出功率與其額定功率之比，計(jì)算公式為：

其中pn為額定功率，pe為空載功率，ηn為額定效率，pem-in為電機(jī)輸入功率。

進(jìn)一步的，所述電動(dòng)力無(wú)人機(jī)電機(jī)的運(yùn)行效率ηem為電機(jī)輸出功率與其輸入功率之比，計(jì)算公式為：

pem-out＝kpn，其中pem-out為電機(jī)輸出功率。

進(jìn)一步的，所述電動(dòng)力無(wú)人機(jī)電機(jī)的功率因數(shù)為：

其中uem-in為電機(jī)輸入電壓；iem-in為輸入電流。

本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選方案，其中，所述無(wú)人機(jī)作業(yè)過(guò)程的電能消耗量的計(jì)算步驟為：

(一)、計(jì)算電動(dòng)力無(wú)人機(jī)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)力f：

其中m為無(wú)人機(jī)質(zhì)量；g為重力加速度；f為機(jī)翼旋轉(zhuǎn)阻力系數(shù)；h為飛行高度；c為常數(shù)；v為無(wú)人機(jī)飛行速度；a為旋翼旋轉(zhuǎn)面積；a為無(wú)人機(jī)飛行加速度；δ為無(wú)人機(jī)質(zhì)量換算系數(shù)；

(二)、計(jì)算無(wú)人機(jī)電能消耗量：

其中ee為電機(jī)消耗電能；ηe為電池平均放電效率；ηi為傳動(dòng)系統(tǒng)平均效率；ηm為電機(jī)電動(dòng)平均效率。

本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選方案，其中，所述電動(dòng)力無(wú)人機(jī)電機(jī)系統(tǒng)能耗影響因素包括電流變化、功率因數(shù)變化、電源質(zhì)量、負(fù)載特性和負(fù)載率，所述分析方法包括以下步驟：

(一)、建立層次結(jié)構(gòu)模型。明確所要解決的問(wèn)題及問(wèn)題所涉及的因素以及各因素之間的相互關(guān)系；

(二)、構(gòu)造判斷矩陣。設(shè)有m個(gè)目標(biāo)，根據(jù)某一準(zhǔn)則，將這m個(gè)目標(biāo)兩兩進(jìn)行比較。

(三)、判斷矩陣的一致性檢驗(yàn)。對(duì)于每一層次作單準(zhǔn)則排序時(shí)，均需要作一致性的檢驗(yàn)。對(duì)判斷矩陣的一致性進(jìn)行檢驗(yàn)，首先進(jìn)行一致性指標(biāo)c.i，計(jì)算公式為：其中γmax為矩陣最大特征向量值；n為矩陣階數(shù)；

(四)、層次排序，給出決策排名。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果：

1、本發(fā)明提供了一種動(dòng)載荷電動(dòng)力無(wú)人機(jī)有效作業(yè)能耗評(píng)價(jià)方法，從載重物質(zhì)量、電機(jī)轉(zhuǎn)速、扭矩等因素探索對(duì)無(wú)人機(jī)耗能的影響，并通過(guò)電機(jī)實(shí)時(shí)電壓、電流、電池輸出功率、電池剩余電量等因素判斷無(wú)人機(jī)的耗能情況，從而得出不同飛行狀態(tài)下的無(wú)人機(jī)耗能情況，從而探索出影響無(wú)人機(jī)耗能的因素，進(jìn)而獲知哪些因素給無(wú)人機(jī)作業(yè)帶來(lái)了額外的無(wú)用耗能，從而為無(wú)人機(jī)節(jié)能優(yōu)化提供參考與支持。

2、在本發(fā)明的優(yōu)選方案中，調(diào)節(jié)無(wú)人機(jī)載重物質(zhì)量機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速、扭矩由無(wú)人機(jī)地面控制站控制，方便且準(zhǔn)確。

3、在本發(fā)明的優(yōu)選方案中，無(wú)人機(jī)佩戴庫(kù)倫計(jì)、壓力傳感器及無(wú)線信號(hào)傳輸器，庫(kù)倫計(jì)中的電壓電流表能測(cè)量無(wú)人機(jī)電池的電壓、電流、充放電容量、充放電時(shí)間、功率等多種物理量，壓力傳感器能夠?qū)崟r(shí)測(cè)得無(wú)人機(jī)載重物的質(zhì)量變化情況。

4、在本發(fā)明的優(yōu)選方案中，無(wú)人機(jī)地面控制站能夠接收多種基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及能耗數(shù)據(jù)，進(jìn)而能夠計(jì)算出無(wú)人機(jī)電機(jī)的負(fù)載系數(shù)k、運(yùn)行效率ηem、和功率因數(shù)，電能消耗量。

5、在本發(fā)明的優(yōu)選方案中，通過(guò)無(wú)人機(jī)地面控制站控制無(wú)人機(jī)載重物的質(zhì)量變化和電機(jī)轉(zhuǎn)速、扭矩和接收能耗數(shù)據(jù)通過(guò)能耗數(shù)據(jù)來(lái)分析影響電機(jī)系統(tǒng)效率的因素及影響電機(jī)能耗的因素，進(jìn)一步通過(guò)無(wú)人機(jī)有效作業(yè)能耗評(píng)價(jià)方法來(lái)評(píng)價(jià)個(gè)影響因素所占權(quán)重。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的一種動(dòng)載荷電動(dòng)力無(wú)人機(jī)有效作業(yè)能耗評(píng)價(jià)方法的流程圖。

圖2為本發(fā)明的一種動(dòng)載荷電動(dòng)力無(wú)人機(jī)有效作業(yè)能耗評(píng)價(jià)方法中無(wú)人機(jī)作業(yè)過(guò)程的電能消耗量計(jì)算方法流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不僅限于此。

參見(jiàn)圖1，本實(shí)施方式的動(dòng)載荷電動(dòng)力無(wú)人機(jī)有效作業(yè)能耗評(píng)價(jià)方法，包括以下步驟：

步驟一、測(cè)量并標(biāo)定電動(dòng)力無(wú)人機(jī)空載質(zhì)量m0；

步驟二、將質(zhì)量可變載重物z安裝到電動(dòng)力無(wú)人機(jī)上；載重物原始質(zhì)量為m，最小質(zhì)量為mk；

步驟三、啟動(dòng)電動(dòng)力無(wú)人機(jī)作業(yè)，保持電機(jī)轉(zhuǎn)速、扭矩并控制電動(dòng)力無(wú)人機(jī)上的載重物質(zhì)量逐漸較少為mk，記錄電機(jī)實(shí)時(shí)電壓u、電流i、電池輸出功率p、電池剩余電量soc及飛行距離s；

步驟四、再次啟動(dòng)電動(dòng)力無(wú)人機(jī)作業(yè)，從起點(diǎn)飛至s，保持電動(dòng)力無(wú)人機(jī)上的載重物質(zhì)量不變，逐漸改變電機(jī)轉(zhuǎn)速v、扭矩n，并記錄電機(jī)實(shí)時(shí)電壓u′、電流i′、電池輸出功率p′、電池剩余電量soc′；

步驟五、根據(jù)步驟一至步驟四，計(jì)算電動(dòng)力無(wú)人機(jī)電機(jī)的負(fù)載系數(shù)k、運(yùn)行效率ηem、和功率因數(shù)；

步驟六、分別計(jì)算步驟三及步驟四兩次無(wú)人機(jī)作業(yè)過(guò)程的電能消耗量；

步驟七、分析電動(dòng)力無(wú)人機(jī)電機(jī)系統(tǒng)能耗影響因素。

通過(guò)無(wú)人機(jī)地面控制站調(diào)節(jié)無(wú)人機(jī)的電機(jī)轉(zhuǎn)速、扭矩及控制載重物質(zhì)量變化，通過(guò)電動(dòng)力無(wú)人機(jī)佩戴的庫(kù)倫計(jì)、壓力傳感器及無(wú)線信號(hào)傳輸器模塊，庫(kù)倫計(jì)中的電壓電流表能測(cè)量無(wú)人機(jī)電池的電壓、電流、充放電容量、充放電時(shí)間、功率等多種物理量；壓力傳感器能夠測(cè)得所述載重物的實(shí)時(shí)壓力，無(wú)線信號(hào)傳輸器能將所述電壓電流表的顯示數(shù)據(jù)及壓力傳感器的顯示數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為無(wú)線信號(hào)傳遞到無(wú)人機(jī)地面控制站上的信號(hào)接收裝置，進(jìn)而顯示實(shí)時(shí)電池電壓、電流、功率等數(shù)據(jù)。

作為一種可選實(shí)施例，根據(jù)無(wú)人機(jī)電機(jī)的額定pn，測(cè)得的空載功率pe、額定效率ηn，根據(jù)無(wú)人機(jī)地面控制站實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到的電機(jī)輸入功率pem-in，計(jì)算電動(dòng)力無(wú)人機(jī)電機(jī)的負(fù)載系數(shù)為無(wú)人機(jī)電機(jī)輸出功率與其額定功率之比，計(jì)算公式為：

具體的，所述電動(dòng)力無(wú)人機(jī)電機(jī)的運(yùn)行效率ηem為電機(jī)輸出功率與其輸入功率之比，計(jì)算公式為：

pem-out＝kpn，其中pem-out為電機(jī)輸出功率；

具體的，根據(jù)電機(jī)輸入電壓uem-in、輸入電流iem-in；計(jì)算電動(dòng)力無(wú)人機(jī)電機(jī)的功率因數(shù)為：

如圖2所述，無(wú)人機(jī)作業(yè)過(guò)程的電能消耗量的計(jì)算步驟為：

步驟一、：測(cè)量無(wú)人機(jī)空載質(zhì)量m；重力加速度g；機(jī)翼旋轉(zhuǎn)阻力系數(shù)f；旋翼旋轉(zhuǎn)面積a；

根據(jù)無(wú)人機(jī)地面控制站監(jiān)控?zé)o人機(jī)飛行數(shù)據(jù)，記錄飛行高度h；飛行速度v；δ為無(wú)人機(jī)質(zhì)量換算系數(shù)；c為常數(shù)；

根據(jù)公式計(jì)算電動(dòng)力無(wú)人機(jī)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)力f

步驟二、根據(jù)無(wú)人機(jī)地面控制站后臺(tái)計(jì)算出電機(jī)消耗電能ee；電池平均放電效率ηe；傳動(dòng)系統(tǒng)平均效率ηi；電機(jī)電動(dòng)平均效率ηm；

根據(jù)公式計(jì)算出無(wú)人機(jī)電能消耗量。

作為一種可選實(shí)施例，電動(dòng)力無(wú)人機(jī)電機(jī)系統(tǒng)能耗影響因素包括電流變化、功率因數(shù)變化、電源質(zhì)量、負(fù)載特性和負(fù)載率，所述分析方法包括以下步驟：

(一)、建立層次結(jié)構(gòu)模型。明確所要解決的問(wèn)題，搞清楚問(wèn)題所涉及的因素以及各因素之間的相互關(guān)系；

(二)、構(gòu)造判斷矩陣。設(shè)有m個(gè)目標(biāo)，根據(jù)某一準(zhǔn)則，將這m個(gè)目標(biāo)兩兩進(jìn)行比較。

(三)、判斷矩陣的一致性檢驗(yàn)。對(duì)于每一層次作單準(zhǔn)則排序時(shí)，均需要作一致性的檢驗(yàn)。對(duì)判斷矩陣的一致性進(jìn)行檢驗(yàn)，首先進(jìn)行一致性指標(biāo)c.i，計(jì)算公式為：其中γmax為矩陣最大特征向量值；n為矩陣階數(shù)；

(四)、層次排序，給出決策排名。

上述為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述內(nèi)容的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。