[發明專利]一種定載荷電動力無人機的分段能耗評價方法

在審

• 申請號: 201710407306.2
• 申請日: 2017-06-01
• 公開（公告）號: CN107171385A
• 公開（公告）日: 2017-09-15
• 發明（設計）人: 李繼宇;朱長威;歐陽帆;韓宇星;邢航;林晉立;李一凡
• 申請（專利權）人: 華南農業大學
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司44245
• 代理人: 羅偉富

技術領域

本發明涉及無人機的電池管控領域，具體涉及一種定載荷電動力無人機的分段能耗評價方法。

背景技術

近年來，無人機的使用越來越普及，無人機可用于軍事戰爭、科學勘探發展、災害救援等科技前沿場合，也用于攝影攝像，日常監測等生活場合。無人機具有高精度、長距離和可遠程遙控的特點，以其無法替代的優越性在人民生活中占據越來越重要的地位。

無人機在飛行過程中，電池組屬于大功率放電，續航能力一般在20分鐘至30分鐘之間，市面上的無人機主要采用鋰聚合物電池作為主要動力，充電時間大都超過了一小時。大多數無人機維持十幾分鐘到二十分鐘飛行之后，就需要有人為它們更換電池或者插上充電線。無人機電池的充電電源要求單一，無法在野外進行充電，在運輸存儲過程中需要防止擠壓、碰撞、高溫，并提供全方位的保護。現有的無人機充電器還存在充電效率低、兼容性差、安全系數低等問題。而若通過人工更換電池，每次更換電池都要斷電，重新連接圖傳、衛星、遙控、自檢之后才能正常起飛，間斷時間長，影響了無人機的正常使用，對無人機的拍攝影像品質也有較大的影響。電池續航能力短限制了無人機的拍攝時間和拍攝范圍，要實現長時間的拍攝作業，需要準備幾塊電池備用。受限于無人機的設計尺寸和飛行的方便，無人機所攜帶的能源是有限的，這就限制了無人機的留空時間和航程等，影響無人機有限載荷和任務要求。因此，電池的續航能力是無人機發展一個致命的短板，大大限制了無人機行業的整體發展。

另外，現有技術中的電池組屬于3C放電狀態，電池組在工作過程中發熱量很大，飛行一次溫度高達70～80℃，過高的溫度會直接影響電池組的放電量，從而降低無人機的飛控穩定性，同時過高的溫度會引起電池組熱失控，著火、爆炸的幾率增加。

發明內容

本發明目的在于克服現有技術的不足，提供一種定載荷電動力無人機的分段能耗評價方法，用于找到無人機在哪個階段消耗的能量最多，進而通過規劃無人機的飛行任務達到無人機以最低能耗飛行作業，最終達到提高無人機續航能力的目的。

本發明解決上述技術問題的技術方案為：

一種定載荷電動力無人機的分段能耗評價方法，包括以下步驟：

步驟一、設置參數使無人機分段飛行；

步驟二、實時采集步驟一中無人機在各個階段飛行時的基礎數據及能耗數據；

步驟三、根據所述基礎數據及能耗數據生成評價指標及評價指標對應的基準值；

步驟四、根據所述各個評價指標的類型，確定與所述各個評價指標的類型對應的模糊隸屬度函數，利用所述模糊隸屬度函數，對所述各個評價指標進行無量綱化處理，生成與所述各個評價指標對應的無量綱評價指標；

步驟五、根據與所述各個評價指標對應的無量綱評價指標和與所述各個評價指標分別對應的基準值，生成與所述各階段無人機能耗對應的評價值。

進一步地，在步驟一中，所述無人機飛行分段由無人機地面控制站控制，采用無人機地面控制站控制無人機將無人機飛行過程分為：起飛、加速、勻速、減速、降落五段；在無人機地面控制站控制飛行模塊中設定無人機起飛點、加速度、飛行速度、降落點、飛行時間及飛行距離。

進一步地，所述無人機設置有霍爾庫倫計及無線信號傳輸器模塊，霍爾庫倫計中的電壓電流表能測量無人機電池的電壓、電流、充放電容量、充放電時間及功率；所述無線信號傳輸器能將所述電壓電流表的顯示數據轉換為無線信號，并將該無線信號傳輸到無人機地面控制站上的信號接收裝置，信號接收裝置實時顯示電池電壓、電流、功率。

進一步地，在步驟三中，評價指標的生成步驟為：確定與所述各個評價指標對應的預設指標算法；根據所述與所述各個評價指標對應的預設指標算法，對所述各個階段的基礎數據進行運算，生成與所述各個階段分別對應的評價指標；預設評價指標算法為漢密爾頓算法，能夠測得無人機瞬時電耗量，其表達式為：H(x(t)，u(t)，t，p(t))＝p(t)·f(x(t)，u(t)，t)；評價指標對應的基準值的生成步驟為：在與各個基準值對應的預設基準值算法的基礎上，根據各個階段的基礎數據，生成與所述各個階段評價指標分別對應的基準值。

進一步地，在步驟四中最優能耗模糊隸屬度函數為：其中，控制變量u為電機功率和電機驅動功率間的分配比例，狀態變量x為電池實時剩余電荷量SOC。

進一步地，在步驟五中，所述各階段無人機能耗對應的評價值包括：電池電壓下降速度、電流波動幅度、電池電荷量變化率、電池輸出功率、電機系統效率。

其中，電池電壓下降速度的計算步驟為：

a.取得無人機在各個階段飛行時的基礎數據及能耗數據；