[发明专利]一种无人机机载三余度电气负载管理中心

说明书

(一)技术领域

本发明涉及一种无人机机载三余度电气负载管理中心，特别是涉及一种基于“DSP+FPGA”结构的无人机机载三余度电气负载管理中心，它用于大型无人机机载配电系统中，其技术特点表现为多学科融合，涉及计算机技术、航空电气技术、电力电子技术等方面。属于航空电气系统技术和无人机系统技术领域。

(二)背景技术

自20世纪80年代以来，随着计算机技术、通讯技术、控制技术、大功率半导体器件的发展，数字化、智能化、高可靠性的多电飞机技术成为技术趋势之一。大型无人机属于典型的、特殊的多电飞机，其特征是广泛采用电作动技术、用电量大、智能化高，需要大功率、高性能和高可靠的电器系统。其配电系统由供电系统处理机(Power System Processor，PSP)、电气负载管理中心(ELMC)，电源控制器(Power Control Unit，PCU)，发电机控制装置(Generator Control Unit，GCU)，远程终端(Remote Terminal，RT)组成。而电气负载管理中心作为配电系统的重要组成部分，其可靠性严重制约着整个大型无人机机载电气系统的可靠性，而多余度设计、智能化管理等可以有效提高系统和设备可靠性。

(三)发明内容

1、目的：本发明的目的是提供一种无人机机载三余度电气负载管理中心，它通过对适用于无人机电气系统的电气负载管理中心硬件结构以及软件算法的设计创新，使所设计的三余度电气负载管理中心完成自动化配电控制和智能管理功能，具有可靠性高、响应速度快、智能化程度高、体积小、质量轻等优点。

2、技术方案：本发明一种无人机机载三余度电气负载管理中心，它以DSP TMS320F2812和FPGA EP2C35F484为核心，实现大型无人机的自动化配电控制和智能管理功能。它包括CPU中央处理模块、状态量监测控制模块、同步模块、交叉通道数据链(即CCDL)模块、模拟量采集调理模块、驱动控制模块、通讯模块和电源模块八个部分。它们之间的位置连接关系是：该三余度电气负载管理中心通过通讯模块实时接收上位机系统的控制指令；经过同步模块完成该三余度电气负载管理中心程序之间同步；根据上位机的控制指令、模拟量采集调理模块返回的系统电力汇流条的电压、电流状态，以及状态量监测控制模块返回的固态功率控制器(即SSPC)的负载状态，求解负载方程，从而形成无人机不同飞行状态下的负载配电指令；经过CCDL模块的数据交换和监控表决完成该三余度电气负载管理中心之间的切换，由主工作余度的电气负载管理中心完成对负载的配电；同时将采集到的负载状态信息及电力汇流条的电压、电流信息通过通讯模块上传给无人机机载供电处理机(PSP)。

所述电源模块完成对整个电气负载管理中心的电能供给。它的主要功能是通过多种DC/DC转换模块转换成为满足电气负载管理中心各个模块需要的稳定电源。电源模块主要是由XZR05S/24S05、TPS70445、TPS75733、TPS76801芯片组成，它将机载28V直流电源转换成+5V、+3.3V和+1.2V等不同供电体制的直流电源。

电源模块通过XZR05S/24S05芯片将机载+28V直流汇流条电压转换成+5V的直流电源，然后通过TPS70445芯片将+5V的直流电源转换成FPGA需要的+3.3V和+1.2V的直流电源，通过TPS75733芯片将+5V的直流电源转换成DSP需要的+3.3V的直流电源，通过TPS76801芯片将+5V的直流电源转换成DSP需要的+1.2V的直流电源。

所述CPU中央处理模块是无人机电气负载管理中心的核心部分，负责多余度CPU的协调工作、状态信息的收集、系统指令的控制和执行等功能。它的结构是通过搭建数字信号处理器(DSP)系统和软件编程来实现的；它实时通过通讯模块接收来自上位机的控制指令，同时接收来自状态量监测控制模块反馈的负载状态信息，控制模拟量采集调理模块采集电力汇流条的电压、电流信号，综合求解负载方程，形成相应负载的配电指令。

CPU中央处理模块通过中断服务子程序实时的接收上位机控制指令，在中断服务子程序中，通过在接收的数据包的后面增加一个八位的校验位，判断接收到的数据包是否为有效的控制指令，如果数据包为有效的控制指令，则存入DSP中相应的控制寄存器，否则舍弃；经过同步模块完成三个余度CPU的同步，通过查询DSP中相应寄存器获取状态量监测控制模块反馈的负载状态信息，根据负载方程求解得到负载的通断指令，并将其存入配电指令寄存器。