[發明專利]一種手拋式不間斷飛行無人機的參數優化方法

有效

• 申請號: 201711471003.3
• 申請日: 2017-12-29
• 公開（公告）號: CN108280267B
• 公開（公告）日: 2021-03-23
• 發明（設計）人: 李松超;姜波;王智超;陳亞峰;于巍;孟長;靳磊;楊磊松;韓建鵬;張微
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第二十七研究所
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06F30/20
• 代理公司: 鄭州聯科專利事務所(普通合伙) 41104
• 代理人: 劉建芳

1.一種手拋式不間斷飛行無人機的參數優化方法，其特征在于：包括以下步驟：

A:采集無人機的固定參數，設定無人機的可變參數：采集的無人機固定參數包括升力系數C_L，阻力系數C_D，ρ空氣密度ρ；設定的無人機的可變參數包括機翼面積S，翼展b和平飛速度v，根據經驗統計得到的預估無人機的總質量m；

B:建立無人機曲面太陽能板的質量m_sc模型：

B1：獲取無人機平飛時的需用功率P_lev：在水平定常飛行狀態，無人機受到的力包括機翼產生的升力F₁、重力G、螺旋槳的拉力T、飛機阻力F₂；

G＝mg (2)

根據機翼產生的升力F₁用于平衡重力G，即F₁＝G，由公式(1)和公式(2)得到公式(4)；

根據螺旋槳的拉力T與飛機阻力F₂相平衡，即T＝F₂，得到公式(5)

根據公式(6)計算無人機平飛時的需用功率P_lev：

P_lev＝Tv (6)

由公式(4)可得，將v和T帶入公式(6)中，得到公式(7)，根據得到無人機平飛時的需用功率P_lev：

定義展弦比AR，AR＝b²/S，因此，將無人機平飛時的需用功率P_lev寫為與展弦比AR相關的公式(8)：

B2：獲得無人機總的電能消耗功率P_elec,tot：

η_ctrl表征電機控制器效率；η_mot表征電動機效率；η_grb表征減速器效率；η_plr表征螺旋槳效率；η_bec表征電機調速器效率；P_av表征航電系統能耗；P_pld表征載荷能耗；

B3：獲得無人機平飛時每天的能量總消耗E_elec,tot1：

T_day表征白天時長，即太陽光輻射持續時間；T_night表征黑夜時長；η_chrg表征蓄電池充電效率；η_dchrg表征蓄電池夜間放電效率；

B4：獲得無人機每天每平米太陽能板獲得的太陽能E_day,density：

I_max表征最大輻射值；T_day表征輻射持續時間；η_wthr表征天氣陰晴，0≤η_wthr≤1，η_wthr＝1表示理想的晴朗天氣，η_wthr＝0表示理想的黑天；

B5：求取無人機太陽能板每天獲取的電能量E_elec,tot2：

η_cbr表征曲面太陽能板效率；A_sc表征無人機上曲面太陽能板面積；η_wthr表征天氣陰晴；η_mppt表征最大功率點跟蹤器的效率；η_sc表征太陽能電池效率；

B6：獲取無人機上曲面太陽能板面積A_sc：

B7：建立無人機曲面太陽能板的質量m_sc模型：

m_sc＝A_sc(k_sc+k_enc) (14)

k_sc表征曲面太陽能板的面密度；k_enc表征曲面太陽能板封裝的面密度C:建立無人機的蓄電池的質量m_bat模型：

k_bat表征單位質量的能量密度；P_elec,tot表征無人機總的電能消耗功率；T_night表征黑夜時長；

D:建立無人機的最大點功率跟蹤器的質量m_mppt模型:具體包括以下步驟：

D1:獲得最大點功率跟蹤器的效率η_mppt；

η_mppt＝η_mpptdcdcη_mpptalgo (16)

η_mpptdcdc表征最大點功率跟蹤器直流DC/DC之間的轉換效率；η_mpptalgo表征最大點功率跟蹤器跟蹤邏輯效率

D2:獲得最大點功率跟蹤器的最大功率需求P_solmax；

P_solmax＝I_maxη_scη_cbrη_mpptA_sc (17)

表征I_max最大輻射值；表征η_sc太陽能電池效率；η_cbr表征曲面太陽能板效率；A_sc表征曲面太陽能板面積；η_mppt表征最大點功率跟蹤器的效率；

D3:獲取最大點功率跟蹤器的質量m_mppt；

m_mppt＝k_mpptP_solmax (18)

k_mppt表征最大點功率跟蹤器的質功比；

E:建立無人機中與其它部件無關的類別的固定質量m_fixed預測模型：

m_fixed＝m_av+m_pld (19)

m_av表征飛行控制器質量；m_pld表征任務載荷質量；

F:建立無人機的結構質量m_af模型：

F1:建立結構質量m_af的一個經驗模型公式(20)：

F2:選取n個滑翔機，獲取每個滑翔機的結構質量m_iaf、機翼面積S_i、展弦比AR_i，以及每個無人機的結構質量m_iaf的經驗模型公式：

根據k_iaf，以最小均方差的形式建立公式(20)中的k_af；

根據x_i1，以最小均方差的形式建立公式(20)中的x₁；

根據x_i2，以最小均方差的形式建立公式(20)中的x₂；

最小均方差的公式為：W_i表征k_iaf、x_i1、或x_i2，表征n個W_i的平均值；

F3:從n個無人機的數據中，篩選出q個比經驗模型公式(20)中預測的結構質量m_af更輕的滑翔機，獲取所述的q個滑翔機的相關數據，所述的相關數據包括每個滑翔機的結構質量m_iaf、機翼面積S_i、展弦比AR_i，以及每個無人機的結構質量m_iaf的經驗模型公式；利用篩選出的q個滑翔機的相關數據，以最小均方差的形式進行迭代，建立公式(20)中新的k_af、x₁和x₂；

G:建立無人機的推進組件的質量m_prop模型：

m_prop＝k_propP_lev (21)

k_prop表征推進組件的質功比；P_lev表征無人機平飛時的需用功率；

H:建立無人機的總質量模型m_total：

m_total＝m_sc+m_bat+m_fixed+m_mppt+m_af+m_prop (22)

I:使得步驟A中預估無人機的總質量m等于步驟H中無人機的總質量模型m_total，即m＝m_total重復步驟A、B、C、D、E、F、G、H，再一次建立無人機的總質量模型m_total，直至預估無人機的總質量m與無人機的總質量模型m_total之間的誤差小于允許值。

2.根據權利要求1所述的手拋式不間斷飛行無人機的參數優化方法，其特征在于：所述的步驟F中，多次重復步驟F3，提升無人機的結構質量m_af模型的精確度。