機電綜合技術在無人機液冷系統中的應用效果研究

摘要：采用機電綜合控制技術對無人機液冷系統進行控制，首先需要在無人機綜合管理構型的基礎上對其控制功能和接口需求進行研究，設計控制構型、控制邏輯以及故障診斷邏輯，發(fā)揮計算機的作用，對液冷系統事實全面的控制與管理。與此同時，以此為基礎，采用半物理仿真實驗平臺，將多個操作系統在平臺上進行試運行，然后再搭建實時仿真模型，搭建之后即可運行，利用整個搭建的系統對液冷系統的信息傳輸和實時控制能力進行模擬，對控制邏輯的準確性以及接口的正確性進行充分的驗證。

關鍵詞：機電綜合技術 無人機 液冷系統 控制系統

中圖分類號：TP271.4文獻標識碼：A ? ? 文章編號：1672-3791（2021）10（c）-0000-00

Research on Application Effect of Electromechanical Integrated Technology in UAV Liquid Cooling System

LI Guannan

（Mechanical and Electrical College of Changchun Polytechnic， Changchun， Jilin Province， 130033 China）

Abstract： To control the liquid cooling system of UAV by using electromechanical integrated control technology， firstly， it is necessary to study its control function and interface requirements， and design the control configuration and control logic on the basis of UAV integrated management configuration. At the same time， based on this， using semi-physical simulation experiment platform will be used to test run multiple operating systems on the platform， and then a real-time simulation model will be built， after that， it can run. The information transmission and real-time control capability of the liquid cooling system are simulated by using the whole built system， fully verify the accuracy of control logic and the correctness of interface.

Key Words： Electromechanical integrated technology; UAV; Liquid Cooling system; Control system

現如今，機電綜合技術在國外的應用已經日漸趨于成熟，我國對于機電綜合技術至今應用在有人機器中是比較普遍的，但是對于其在無人機中的使用上處于初步階段，從工作角度上來看，可以從很多類型的研制工作內容中來實現機電綜合技術的裝機應用。該文針對一種高空高速無人機液冷系統采用機電綜合技術進行操作，相關工作的內容如下。

1機電綜合技術的概述

所謂機電綜合技術指的就是能夠統一控制并管理機電系統的一門技術，機電綜合技術實施以后，整個機電系統就成為了一個被控制的個體，利用嵌入式或者是總線對整個機電系統實施管理，整機的性能往往對系統的設計目標有著直接的影響。為了保障系統能夠與其他設備間實際交互合作，必須保障系統能夠自行對故障做出診斷與控制[1]。對于各機器電子系統設備系統的獨立分散控制器和數據采集機構能夠取得一定的替代作用。機電綜合技術的使用不僅能夠解決在綜合技術使用前系統存在的諸多問題，更重要的是系統性能明顯提升，不需要過多的設備和連線進行連接，復雜性明顯降低，另外由于零部件數量的減少，重量明顯減輕，這對于無人機本身而言也是非常有意義的。

2頂層架構設計

無人機中能夠利用機電綜合控制的系統很多，比較常見的包括液壓系統、冷氣系統、燃油系統、配電系統等方面，該文所要研究的液冷系統也是綜合控制能夠實現的一部分。機電綜合控制技術能夠對實現對這些系統的統一控制，要得益于整個綜合控制技術中的核心設備，也是就是綜合管理計算機，這是一臺嵌入式的計算機，采用的是余度設計，其中的硬件設施包括電源模塊AB、接口模塊AB以及處理器模塊AB[2]。計算機和無人機的其他關鍵設備之間利用總線進行交互，可以實現數據交互或者信號交互，讓綜合管理計算機在多個機電系統中能夠實現綜合管理。

3關于液冷系統的工作原理

無人機中的液冷系統，主要是為了對無人機中的電子設備提供降溫散熱的功能，關于液冷系統的構成，其中涉及了大量的構成部分，換熱器、電子設備冷板、管路、載冷劑、液冷組件等，液冷組件在其中發(fā)揮著核心的作用。在液冷組件中，設計的部件包括告警器、傳感器、電動泵、過濾器、儲液器、過壓保護活門以及旁通活門等[3]。關于液冷系統的相關工作流程包括以下兩點，具體如下。

（1）通電以后，系統開始進入正常工作。此時，電動泵會從儲液器中抽取一定的低溫載冷劑，低溫載冷劑經過抽出后，會按照完全不同的順序進入不同的任務設備冷板中，進入之后開始進行熱交換。熱交換期間，載冷劑會對期間產生的熱量進行吸收，然后載冷劑的溫度就會隨之上升，溫度上升后的低溫載冷劑在經過熱交換流出冷板后，成為高溫載冷劑[4]。

（2）成為高溫載冷劑以后，會按照一定的次序通過換熱器，先通過的是燃油換熱器，目的為了和冷側燃油進行換熱，然后再通過蒙皮換熱器，目的是為了和冷側的機外空氣間進行熱量交換[5]。載熱劑在整個過程中的熱量會一直得到釋放。于是，高溫載冷劑又一次變成了低溫載冷劑。經過濾器處理后回到儲液器內。

4控制系統設計

4.1控制系統的構型

以頂層架構為基礎，無人機機電綜合管理中對液冷系統實施控制。整個系統控制的主要參與者包括：計算機、配電系統、中間、鏈路、飛控、飛參以及1553B總線網絡[6]。

（1）綜檢和鏈路會將地面人員對液冷系統的直接操作轉換成指令發(fā)出。

（2）地面人員通過綜檢和鏈路的地面設備或者飛參的顯示屏對液冷系統的運行狀態(tài)進行觀察。

（3）液冷系統控制與監(jiān)控的主設備就是綜合管理計算機。

（4）1553B總線網絡能夠對整個綜合管理計算機、配電系統、中間、鏈路、飛控、飛參的通信實施管理。

（5）液冷系統的數據和狀態(tài)會由綜檢、鏈路和飛參記錄并顯示，飛控會在面臨需要緊急處理的問題時，給出相應的控制指令。

4.2控制邏輯

液冷控制構型中，核心是綜合管理計算機，對液冷系統的控制是非常關鍵的部分，所謂控制邏輯就是針對也鞥系統的控制和狀態(tài)做出監(jiān)控，其中包括的內容有以下幾點。

（1）一般情況下，綜合管理計算機會收到來自綜檢或鏈路的指令，根據指令對電動泵的啟停實時控制，配電設備在等待綜合管理計算機作出邏輯判斷以后接受控制，決定其是斷電還是上電。

（2）綜合管理計算機對傳感器信號進行詞埃及后處理，經過處理后的傳感器數據會被發(fā)送到發(fā)送給飛參、綜檢、鏈路和飛控。

（3）以傳感器的信息作為依據，綜合管理計算機會對液冷系統的運行狀態(tài)監(jiān)控和故障判斷，同時向飛參、綜檢、鏈路和飛控發(fā)送診斷結果。

（4）以結果為依據，綜合管理計算機會按照之前既定的策略控制電動泵和傳感器的啟動與通知，并向飛參、綜檢、鏈路和飛控發(fā)送處置結果。

按照這樣的邏輯，總部和管理計算機就可以正常運行后，同時對無人機液冷系統實現自主運動控制和診斷，地面人員通過對信息的查看，確保有緊急事件的發(fā)生立即采取控制措施。

5試驗平臺設計與運行

在硬軟件的控制下，綜合管理計算機實現了上述的邏輯控制以后，需要采取半物理仿真試驗驗證其正確性。為了確保試驗平臺的順利運行，其中涉及的試驗設備有試驗上位機、模擬仿真機，和綜合管理計算機以及液冷系統性試驗臺協同運行。所用的操作系統為Windows7，Lab-VIEW開發(fā)和控制的顯示模型，對液冷系統控制軟件運行期間，要求試驗平臺提供相應的運行環(huán)境。

在此基礎上，按照液冷控制系統的工作方式和工作原理進行試驗運行，具體如下。

（1）地面站控制模型或綜檢車控制模型發(fā)出以后，由UDP傳送到模型仿真機。

（2）收到UDP的報文以后，將控制指令解析出來，利用總線將控制指令傳送到綜合管理計算機。

（3）根據指令發(fā)送冷夜系統配電指令，等待模型仿真機收到指令后通過對繼電器的控制實現對試驗臺上傳感器和電動泵的電源控制，與此同時，借助總線，向綜合管理計算機發(fā)送液冷系統供電狀態(tài)。

（4）針對液冷系統的傳感器和電動泵開始通電后，兩者均進入到工作狀態(tài)，綜合管理計算機會在此時對信號進行收集，整理好傳感器的信號機后，診斷液冷系統是否出現故障，同時將相關信息傳送到模型仿真機。

（5）接受到仿真機的數據以后，將信息解析出來，同時向上位機發(fā)送，測試出上位機地面站、綜檢車以及飛參顯示模型中顯示的相關信息，判斷液冷系統是否正常運用，結合所顯示的信息由試驗人員做出判定。

實踐證明該試驗平臺可以實現對液冷控制系統的實施控制。

6結語

通過對無人機機電綜合機構對其液冷系統的控制設計，利用半物理仿真試驗臺進行測試，證實了綜合管理計算機能夠在預定的控制邏輯下實現對液冷系統的控制，更重要的是，這種機電綜合技術在現實生活中應用的范圍比較廣泛，除了無人機液冷系統之外，燃油機電系統、液壓機電系統也可以是用這種技術。無人機在運行期間受到多個機電系統的控制，整體效果良好，無人機能夠實現重量的減輕以及性能的提升。

參考文獻

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[6] 安帥.無人機技術在電力巡檢信息化管理中的應用[J].無線互聯科技，2021，18（7）：102-103.

作者簡介：李冠男（1984—），男，本科，講師，研究方向為機電一體化技術應用。