機(jī)電綜合技術(shù)在無人機(jī)液冷系統(tǒng)中的應(yīng)用效果研究

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

關(guān)鍵詞：機(jī)電綜合技術(shù) 無人機(jī) 液冷系統(tǒng) 控制系統(tǒng)

中圖分類號：TP271.4文獻(xiàn)標(biāo)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(xiàn)如今，機(jī)電綜合技術(shù)在國外的應(yīng)用已經(jīng)日漸趨于成熟，我國對于機(jī)電綜合技術(shù)至今應(yīng)用在有人機(jī)器中是比較普遍的，但是對于其在無人機(jī)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(nèi)容中來實現(xiàn)機(jī)電綜合技術(shù)的裝機(jī)應(yīng)用。該文針對一種高空高速無人機(jī)液冷系統(tǒng)采用機(jī)電綜合技術(shù)進(jìn)行操作，相關(guān)工作的內(nèi)容如下。

1機(jī)電綜合技術(shù)的概述

所謂機(jī)電綜合技術(shù)指的就是能夠統(tǒng)一控制并管理機(jī)電系統(tǒng)的一門技術(shù)，機(jī)電綜合技術(shù)實施以后，整個機(jī)電系統(tǒng)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(jī)電系統(tǒng)實施管理，整機(jī)的性能往往對系統(tǒng)的設(shè)計目標(biāo)有著直接的影響。為了保障系統(tǒng)能夠與其他設(shè)備間實際交互合作，必須保障系統(tǒng)能夠自行對故障做出診斷與控制[1]。對于各機(jī)器電子系統(tǒng)設(shè)備系統(tǒng)的獨(dú)立分散控制器和數(shù)據(jù)采集機(jī)構(gòu)能夠取得一定的替代作用。機(jī)電綜合技術(shù)的使用不僅能夠解決在綜合技術(shù)使用前系統(tǒng)存在的諸多問題，更重要的是系統(tǒng)性能明顯提升，不需要過多的設(shè)備和連線進(jìn)行連接，復(fù)雜性明顯降低，另外由于零部件數(shù)量的減少，重量明顯減輕，這對于無人機(jī)本身而言也是非常有意義的。

2頂層架構(gòu)設(shè)計

無人機(jī)中能夠利用機(jī)電綜合控制的系統(tǒng)很多，比較常見的包括液壓系統(tǒng)、冷氣系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、配電系統(tǒng)等方面，該文所要研究的液冷系統(tǒng)也是綜合控制能夠?qū)崿F(xiàn)的一部分。機(jī)電綜合控制技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對這些系統(tǒng)的統(tǒng)一控制，要得益于整個綜合控制技術(shù)中的核心設(shè)備，也是就是綜合管理計算機(jī)，這是一臺嵌入式的計算機(jī)，采用的是余度設(shè)計，其中的硬件設(shè)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(jī)和無人機(jī)的其他關(guān)鍵設(shè)備之間利用總線進(jìn)行交互，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互或者信號交互，讓綜合管理計算機(jī)在多個機(jī)電系統(tǒng)中能夠?qū)崿F(xiàn)綜合管理。

3關(guān)于液冷系統(tǒng)的工作原理

無人機(jī)中的液冷系統(tǒng)，主要是為了對無人機(jī)中的電子設(shè)備提供降溫散熱的功能，關(guān)于液冷系統(tǒng)的構(gòu)成，其中涉及了大量的構(gòu)成部分，換熱器、電子設(shè)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(shè)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(hù)活門以及旁通活門等[3]。關(guān)于液冷系統(tǒng)的相關(guān)工作流程包括以下兩點(diǎn)，具體如下。

（1）通電以后，系統(tǒng)開始進(jìn)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(jīng)過抽出后，會按照完全不同的順序進(jìn)入不同的任務(wù)設(shè)備冷板中，進(jìn)入之后開始進(jìn)行熱交換。熱交換期間，載冷劑會對期間產(chǎn)生的熱量進(jìn)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(jīng)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(cè)燃油進(jìn)行換熱，然后再通過蒙皮換熱器，目的是為了和冷側(cè)的機(jī)外空氣間進(jìn)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(jīng)過濾器處理后回到儲液器內(nèi)。

4控制系統(tǒng)設(shè)計

4.1控制系統(tǒng)的構(gòu)型

以頂層架構(gòu)為基礎(chǔ)，無人機(jī)機(jī)電綜合管理中對液冷系統(tǒng)實施控制。整個系統(tǒng)控制的主要參與者包括：計算機(jī)、配電系統(tǒng)、中間、鏈路、飛控、飛參以及1553B總線網(wǎng)絡(luò)[6]。

（1）綜檢和鏈路會將地面人員對液冷系統(tǒng)的直接操作轉(zhuǎn)換成指令發(fā)出。

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

（3）液冷系統(tǒng)控制與監(jiān)控的主設(shè)備就是綜合管理計算機(jī)。

（4）1553B總線網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)φ麄€綜合管理計算機(jī)、配電系統(tǒng)、中間、鏈路、飛控、飛參的通信實施管理。

（5）液冷系統(tǒng)的數(shù)據(jù)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(yīng)的控制指令。

4.2控制邏輯

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

（1）一般情況下，綜合管理計算機(jī)會收到來自綜檢或鏈路的指令，根據(jù)指令對電動泵的啟停實時控制，配電設(shè)備在等待綜合管理計算機(jī)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(jī)對傳感器信號進(jìn)行詞埃及后處理，經(jīng)過處理后的傳感器數(shù)據(jù)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(jù)，綜合管理計算機(jī)會對液冷系統(tǒng)的運(yùn)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(jié)果。

（4）以結(jié)果為依據(jù)，綜合管理計算機(jī)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(jié)果。

按照這樣的邏輯，總部和管理計算機(jī)就可以正常運(yùn)行后，同時對無人機(jī)液冷系統(tǒng)實現(xiàn)自主運(yùn)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(shè)計與運(yùn)行

在硬軟件的控制下，綜合管理計算機(jī)實現(xiàn)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(yùn)行，其中涉及的試驗設(shè)備有試驗上位機(jī)、模擬仿真機(jī)，和綜合管理計算機(jī)以及液冷系統(tǒng)性試驗臺協(xié)同運(yùn)行。所用的操作系統(tǒng)為Windows7，Lab-VIEW開發(fā)和控制的顯示模型，對液冷系統(tǒng)控制軟件運(yùn)行期間，要求試驗平臺提供相應(yīng)的運(yùn)行環(huán)境。

在此基礎(chǔ)上，按照液冷控制系統(tǒng)的工作方式和工作原理進(jìn)行試驗運(yùn)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(jī)。

（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(jī)。

（3）根據(jù)指令發(fā)送冷夜系統(tǒng)配電指令，等待模型仿真機(jī)收到指令后通過對繼電器的控制實現(xiàn)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(jī)發(fā)送液冷系統(tǒng)供電狀態(tài)。

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

（5）接受到仿真機(jī)的數(shù)據(jù)以后，將信息解析出來，同時向上位機(jī)發(fā)送，測試出上位機(jī)地面站、綜檢車以及飛參顯示模型中顯示的相關(guān)信息，判斷液冷系統(tǒng)是否正常運(yùn)用，結(jié)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(xiàn)對液冷控制系統(tǒng)的實施控制。

6結(jié)語

通過對無人機(jī)機(jī)電綜合機(jī)構(gòu)對其液冷系統(tǒng)的控制設(shè)計，利用半物理仿真試驗臺進(jìn)行測試，證實了綜合管理計算機(jī)能夠在預(yù)定的控制邏輯下實現(xiàn)對液冷系統(tǒng)的控制，更重要的是，這種機(jī)電綜合技術(shù)在現(xiàn)實生活中應(yīng)用的范圍比較廣泛，除了無人機(jī)液冷系統(tǒng)之外，燃油機(jī)電系統(tǒng)、液壓機(jī)電系統(tǒng)也可以是用這種技術(shù)。無人機(jī)在運(yùn)行期間受到多個機(jī)電系統(tǒng)的控制，整體效果良好，無人機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)重量的減輕以及性能的提升。

參考文獻(xiàn)

[1] 王巖，胡聰，石俏，等.一種基于液壓傳動發(fā)電技術(shù)的綜合制冷系統(tǒng)[J].廣東電力，2021，34（9）：120-128.

[2] 李聰聰，唐本亭，魯江華，等.邊緣數(shù)據(jù)中心節(jié)點(diǎn)的液冷系統(tǒng)部署可行性評估[J].電信工程技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化，2021，34（9）：84-88，92.

[3] 錢欣哲，沈凱.車用動力電池液冷系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計[J].農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程，2021，59（8）：59-63.

[4] 劉帆，陶成，李振杰，等.5G路由器液冷系統(tǒng)的設(shè)計和探究[J].電子機(jī)械工程，2021，37（4）：30-34.

[5] 熊豪利，于冰，譚親目，等.液冷系統(tǒng)對車用永磁電機(jī)溫升特性的影響研究[J].機(jī)械設(shè)計與制造工程，2021，50（8）：101-104.

[6] 安帥.無人機(jī)技術(shù)在電力巡檢信息化管理中的應(yīng)用[J].無線互聯(lián)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(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用。