[发明专利]一种基于任务规划的无人机用混合动力系统能量优化方法

说明书

本发明涉及无人机领域，提供了一种基于任务规划的无人机用混合动力系统能量优化方法，包括进行初始任务能量预估和各飞行阶段工作模式预估的步骤；接收任务变化和判断任务变化的步骤；根据变化了的任务重新预估工作模式的步骤；以及对混合动力装置进行工作模式修正的步骤。本发明的有益效果为：该方法基于无人机的飞行任务规划，依据飞行任务不同，对系统能量进行实时管理，有效提高工作效率；依据无人机飞行状态、储能状态及系统工作效率，控制混合动力系统在放电模式、充电模式及维持模式间切换，可有效改善无人机的环境适应性，减少环境污染；确保蓄能器始终保持一定能量储备，紧急情况下发电‑电动机可作为备份动力源，提高动力系统可靠性。

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，特别涉及一种基于任务规划的无人机用混合动力系统能量优化方法。

背景技术

随着科学技术的不断发展与国防事业的需要，无人机的应用越来越广泛。目前我国无人机依据其起飞重量的不同，其动力装置大多采用电动机或者活塞发动机。采用电动机作为动力装置的无人机受现有电池能量密度的影响，其续航时间较短；采用活塞发动机作为动力装置的无人机，由于飞行过程，需兼顾起飞及爬升阶段的大功率需求，以及巡航阶段的小功率需求，导致飞行过程中其发动机工况变动范围大，发动机工作效率低，无人机续航时间受限。同时活塞发动机工作时产生极大的噪声、废气与热辐射，对环境造成污染。

无人机用混合动力装置通过将活塞发动机与电动机整合发挥不同动力源的各自优势，从而实现能量使用效率及续航里程最优化，并有效降低环境污染，增强动力装置环境适应性，提升动力装置可靠性。

目前无人机用混合动力系统多采用活塞发动机带动发电机发电，为蓄能器充能，然后由蓄能器提供的电能驱动电动机，从而带动螺旋桨转动，为无人机提供动力，其混合动力系统控制策略单一，不能依据飞行任务的变化实时调节混合动力系统的工作模式，系统工作效率较低。

发明内容

本发明的目的就是克服现有技术的不足，提供了一种基于任务规划的无人机用混合动力系统能量优化方法，该能量优化方法由无人机推进控制系统，依据由无人机地面控制系统提供的飞行任务规划，对不同飞行阶段所需的任务能量和工作模式进行预估。飞行过程中，动力控制系统依据现行任务，结合飞行状态和系统工况，进行系统效率评估，并结合蓄能器储能状态，进行控制修正，以确保混合动力系统在能为无人机提供所需动力的前提下，有效提升系统工作效率，同时满足特殊环境对于无人机动力系统的要求。

本发明一种基于任务规划的无人机用混合动力系统能量优化方法，包括所述系统根据初始任务指令进行初始任务能量预估和各飞行阶段工作模式预估的步骤；所述系统接收任务变化指令和判断任务变化的步骤；所述系统根据变化了的任务重新预估工作模式的步骤；以及所述系统根据重新预估的工作模式对混合动力装置进行工作模式修正的步骤；所述工作模式主要为混合动力装置的工作模式。

进一步的，该能量优化方法用于包括飞控系统、动力控制系统、导航系统和混合动力装置的无人机，所述飞控系统、导航系统、混合动力装置分别与所述动力控制系统连接，所述动力控制系统还与地面控制系统连接。

进一步的，所述混合动力装置包括燃料箱、活塞发动机、传动器、螺旋桨、电动-发电机、蓄能器；所述传动器分别与活塞发动机、电动-发电机、螺旋桨连接；燃料箱与活塞发动机连接，蓄能器与电动-发电机连接。

进一步的，混合动力装置的工作模式包括维持模式、放电模式、充电模式；

若动力控制系统设定当前混合动力装置的工作模式为维持模式，则动力控制系统依据当前飞行状态，在充电子模式和放电子模式间切换，维持蓄能器的储能在设定区间内波动，同时满足无人机对于动力系统瞬时功率要求；

若动力控制系统设定当前混合动力装置的工作模式为放电模式，由活塞发动机与电动-发电机共同驱动螺旋桨转动，或者单独由电动-发电机驱动螺旋桨转动；