[發(fā)明專利]一種基于任務(wù)規(guī)劃的無人機用混合動力系統(tǒng)能量優(yōu)化方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710011039.7
• 申請日: 2017-01-06
• 公開（公告）號: CN106647809B
• 公開（公告）日: 2020-02-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王振宇;陸方舟;姜梁;楊光;馬祥森;司亮
• 申請（專利權(quán)）人: 中國航天電子技術(shù)研究院
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10
• 代理公司: 北京金智普華知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11401
• 代理人: 皋吉甫

本發(fā)明涉及無人機領(lǐng)域，提供了一種基于任務(wù)規(guī)劃的無人機用混合動力系統(tǒng)能量優(yōu)化方法，包括進行初始任務(wù)能量預(yù)估和各飛行階段工作模式預(yù)估的步驟；接收任務(wù)變化和判斷任務(wù)變化的步驟；根據(jù)變化了的任務(wù)重新預(yù)估工作模式的步驟；以及對混合動力裝置進行工作模式修正的步驟。本發(fā)明的有益效果為：該方法基于無人機的飛行任務(wù)規(guī)劃，依據(jù)飛行任務(wù)不同，對系統(tǒng)能量進行實時管理，有效提高工作效率；依據(jù)無人機飛行狀態(tài)、儲能狀態(tài)及系統(tǒng)工作效率，控制混合動力系統(tǒng)在放電模式、充電模式及維持模式間切換，可有效改善無人機的環(huán)境適應(yīng)性，減少環(huán)境污染；確保蓄能器始終保持一定能量儲備，緊急情況下發(fā)電?電動機可作為備份動力源，提高動力系統(tǒng)可靠性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無人機技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于任務(wù)規(guī)劃的無人機用混合動力系統(tǒng)能量優(yōu)化方法。

背景技術(shù)

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展與國防事業(yè)的需要，無人機的應(yīng)用越來越廣泛。目前我國無人機依據(jù)其起飛重量的不同，其動力裝置大多采用電動機或者活塞發(fā)動機。采用電動機作為動力裝置的無人機受現(xiàn)有電池能量密度的影響，其續(xù)航時間較短；采用活塞發(fā)動機作為動力裝置的無人機，由于飛行過程，需兼顧起飛及爬升階段的大功率需求，以及巡航階段的小功率需求，導(dǎo)致飛行過程中其發(fā)動機工況變動范圍大，發(fā)動機工作效率低，無人機續(xù)航時間受限。同時活塞發(fā)動機工作時產(chǎn)生極大的噪聲、廢氣與熱輻射，對環(huán)境造成污染。

無人機用混合動力裝置通過將活塞發(fā)動機與電動機整合發(fā)揮不同動力源的各自優(yōu)勢，從而實現(xiàn)能量使用效率及續(xù)航里程最優(yōu)化，并有效降低環(huán)境污染，增強動力裝置環(huán)境適應(yīng)性，提升動力裝置可靠性。

目前無人機用混合動力系統(tǒng)多采用活塞發(fā)動機帶動發(fā)電機發(fā)電，為蓄能器充能，然后由蓄能器提供的電能驅(qū)動電動機，從而帶動螺旋槳轉(zhuǎn)動，為無人機提供動力，其混合動力系統(tǒng)控制策略單一，不能依據(jù)飛行任務(wù)的變化實時調(diào)節(jié)混合動力系統(tǒng)的工作模式，系統(tǒng)工作效率較低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種基于任務(wù)規(guī)劃的無人機用混合動力系統(tǒng)能量優(yōu)化方法，該能量優(yōu)化方法由無人機推進控制系統(tǒng)，依據(jù)由無人機地面控制系統(tǒng)提供的飛行任務(wù)規(guī)劃，對不同飛行階段所需的任務(wù)能量和工作模式進行預(yù)估。飛行過程中，動力控制系統(tǒng)依據(jù)現(xiàn)行任務(wù)，結(jié)合飛行狀態(tài)和系統(tǒng)工況，進行系統(tǒng)效率評估，并結(jié)合蓄能器儲能狀態(tài)，進行控制修正，以確保混合動力系統(tǒng)在能為無人機提供所需動力的前提下，有效提升系統(tǒng)工作效率，同時滿足特殊環(huán)境對于無人機動力系統(tǒng)的要求。

本發(fā)明一種基于任務(wù)規(guī)劃的無人機用混合動力系統(tǒng)能量優(yōu)化方法，包括所述系統(tǒng)根據(jù)初始任務(wù)指令進行初始任務(wù)能量預(yù)估和各飛行階段工作模式預(yù)估的步驟；所述系統(tǒng)接收任務(wù)變化指令和判斷任務(wù)變化的步驟；所述系統(tǒng)根據(jù)變化了的任務(wù)重新預(yù)估工作模式的步驟；以及所述系統(tǒng)根據(jù)重新預(yù)估的工作模式對混合動力裝置進行工作模式修正的步驟；所述工作模式主要為混合動力裝置的工作模式。

進一步的，該能量優(yōu)化方法用于包括飛控系統(tǒng)、動力控制系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)和混合動力裝置的無人機，所述飛控系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)、混合動力裝置分別與所述動力控制系統(tǒng)連接，所述動力控制系統(tǒng)還與地面控制系統(tǒng)連接。

進一步的，所述混合動力裝置包括燃料箱、活塞發(fā)動機、傳動器、螺旋槳、電動-發(fā)電機、蓄能器；所述傳動器分別與活塞發(fā)動機、電動-發(fā)電機、螺旋槳連接；燃料箱與活塞發(fā)動機連接，蓄能器與電動-發(fā)電機連接。

進一步的，混合動力裝置的工作模式包括維持模式、放電模式、充電模式；

若動力控制系統(tǒng)設(shè)定當前混合動力裝置的工作模式為維持模式，則動力控制系統(tǒng)依據(jù)當前飛行狀態(tài)，在充電子模式和放電子模式間切換，維持蓄能器的儲能在設(shè)定區(qū)間內(nèi)波動，同時滿足無人機對于動力系統(tǒng)瞬時功率要求；

若動力控制系統(tǒng)設(shè)定當前混合動力裝置的工作模式為放電模式，由活塞發(fā)動機與電動-發(fā)電機共同驅(qū)動螺旋槳轉(zhuǎn)動，或者單獨由電動-發(fā)電機驅(qū)動螺旋槳轉(zhuǎn)動；