[發(fā)明專(zhuān)利]基于MPC序列凸優(yōu)化的混合電動(dòng)無(wú)人機(jī)能源管理方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202211524941.6
• 申請(qǐng)日: 2022-11-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN116244888A
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-06-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉莉;田維勇;張曉輝;賀云濤
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06F30/20
• 分類(lèi)號(hào): G06F30/20;G06Q10/04;G06F17/11;G06F111/04
• 代理公司: 北京正陽(yáng)理工知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11639
• 代理人: 鄔曉楠

本發(fā)明公開(kāi)的一種基于MPC序列凸優(yōu)化的混合電動(dòng)無(wú)人機(jī)能源管理方法，屬于無(wú)人機(jī)能源管理領(lǐng)域。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)方法為：根據(jù)無(wú)人機(jī)的飛行軌跡計(jì)算未來(lái)時(shí)刻的需求功率與太陽(yáng)能電池輸出功率，將除太陽(yáng)能電池輸出功率之外的剩余需求功率分配給燃料電池和鋰電池，太陽(yáng)能電池則通過(guò)最大功率追蹤器(MPPT)始終保持在最大輸出功率工作點(diǎn)，建立混合能源系統(tǒng)功率分配模型，并在信賴(lài)域范圍對(duì)混合能源系統(tǒng)功率分配模型進(jìn)出凸化，采用凸優(yōu)化進(jìn)行求解，獲得混合能源系統(tǒng)功率分配結(jié)果，提高無(wú)人機(jī)的飛行航時(shí)；進(jìn)一步引入MPC滾動(dòng)優(yōu)化策略，將混合電動(dòng)無(wú)人機(jī)的能源管理問(wèn)題分解為一系列短時(shí)域在線(xiàn)優(yōu)化問(wèn)題，降低混合電動(dòng)無(wú)人機(jī)能源管理問(wèn)題的復(fù)雜度，提高混合電動(dòng)無(wú)人機(jī)能源管理效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及基于MPC序列凸優(yōu)化的混合電動(dòng)無(wú)人機(jī)能源管理方法，屬于無(wú)人機(jī)能源管理領(lǐng)域。

背景技術(shù)

近年來(lái)，無(wú)人機(jī)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)生活的各個(gè)方面，其中太陽(yáng)能電池燃料電池鋰電池混合電動(dòng)無(wú)人機(jī)引起了極大的關(guān)注。太陽(yáng)能電池能夠源源不斷地將環(huán)境中的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，但受環(huán)境因素影響較大；燃料電池的能量密度較大，但相應(yīng)速度相對(duì)較慢，電力特性疲軟；鋰電池的功率密度較大，但能量密度較小，而太陽(yáng)能電池/燃料電池/鋰電池混合電動(dòng)無(wú)人機(jī)能夠彌補(bǔ)單一能源形式的不足，充分發(fā)揮組合能源的優(yōu)勢(shì)。然而多種能源形式的組合使得無(wú)人機(jī)能源系統(tǒng)更加復(fù)雜，需要進(jìn)行高效的能源管理，才能保證混合能源系統(tǒng)高效工作。

混合電動(dòng)無(wú)人機(jī)的能源管理策略主要分為基于規(guī)則的能源管理策略和基于優(yōu)化的能源管理策略。基于規(guī)則的管理策略依據(jù)預(yù)先制定的規(guī)則實(shí)現(xiàn)混合能源系統(tǒng)的功率分配，因而具有良好的實(shí)時(shí)性能，但通常最優(yōu)性較差；而基于優(yōu)化的管理策略則采用優(yōu)化方法求解混合能源系統(tǒng)功率分配問(wèn)題。混合電動(dòng)無(wú)人機(jī)的機(jī)動(dòng)過(guò)程決定了混合能源系統(tǒng)的需求功率剖面，而機(jī)翼表面的太陽(yáng)能電池輸出功率也受無(wú)人機(jī)的飛行姿態(tài)的影響，混合能源系統(tǒng)狀態(tài)與無(wú)人機(jī)的飛行運(yùn)動(dòng)存在復(fù)雜的耦合關(guān)系，僅僅從混合能源系統(tǒng)層面進(jìn)行能源管理，難以滿(mǎn)足混合電動(dòng)無(wú)人機(jī)的高能源效率長(zhǎng)航時(shí)飛行。因此，針對(duì)太陽(yáng)能電池/燃料電池/鋰電池混合電動(dòng)無(wú)人機(jī)的能源管理問(wèn)題，需要設(shè)計(jì)更加高效的能源管理策略。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)太陽(yáng)能電池燃料電池鋰電池混合電動(dòng)無(wú)人機(jī)的能源管理問(wèn)題，本發(fā)明提供一種基于MPC序列凸優(yōu)化的混合電動(dòng)無(wú)人機(jī)能源管理方法，該方法首先根據(jù)無(wú)人機(jī)的飛行軌跡計(jì)算未來(lái)時(shí)刻的需求功率與太陽(yáng)能電池輸出功率，將除太陽(yáng)能電池輸出功率之外的剩余需求功率分配給燃料電池和鋰電池，而太陽(yáng)能電池則通過(guò)最大功率追蹤器(MPPT)始終保持在最大輸出功率工作點(diǎn)，建立混合能源系統(tǒng)功率分配模型，并在信賴(lài)域范圍對(duì)混合能源系統(tǒng)功率分配模型進(jìn)行凸化，采用凸優(yōu)化進(jìn)行求解，獲得混合能源系統(tǒng)功率分配結(jié)果，提高無(wú)人機(jī)的飛行航時(shí)；進(jìn)一步引入MPC滾動(dòng)優(yōu)化策略，將混合電動(dòng)無(wú)人機(jī)的能源管理問(wèn)題分解為一系列短時(shí)域在線(xiàn)優(yōu)化問(wèn)題，降低混合電動(dòng)無(wú)人機(jī)能源管理問(wèn)題的復(fù)雜度，提高混合電動(dòng)無(wú)人機(jī)能源管理效率。

本發(fā)明的目的是通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明公開(kāi)的基于MPC序列凸優(yōu)化的混合電動(dòng)無(wú)人機(jī)能源管理方法，包括以下步驟：

步驟一：給出混合無(wú)人機(jī)的飛行軌跡，給出等效系數(shù)σ、信賴(lài)域大小ε、收斂誤差ξ、預(yù)測(cè)時(shí)域N_p、邊界條件s_min,s_max,u_min,u_max；