[发明专利]一种串联式油电混动无人机能量管理系统及方法

权利要求书

1.一种串联式油电混动无人机能量管理系统的控制方法，所述串联式油电混动无人机能量管理系统包含发动机、发电机、整流器、电池、电机驱动控制器、电机、转速传感器、发动机电子控制单元、混合动力系统控制器、SOC估计模块和剩余油量监测模块；

所述发动机的输出轴和发电机的输入轴同轴固连，发电机的电流输出端通过所述整流器和电池的输入端电气相连，其中，所述发动机用于带动发电机发电；所述发电机用于发电并将产生的电流经所述整流器传递给所述电池供电；

所述电机驱动控制器用于驱动所述电机；所述电机的电流输入端分别和所述电池的输出端、整流器的输出端相连；所述电池用于给所述电机供电；

所述转速传感器固定在发动机上，用于获得发动机的转速，并将其信号传递给所述发动机电子控制单元；

所述剩余油量监测模块是用于实时监测发动机的剩余油量，并将其传递给所述发动机电子控制单元；

所述发动机电子控制单元分别和所述转速传感器、剩余油量监测模块、混合动力系统控制器、发动机电气相连，用于将接收到的发动机的转速传递给所述混合动力系统控制器，并根据发动机的剩余油量和混合动力系统控制器输出的发动机节气门开度控制量控制所述发动机工作；

所述SOC估计模块分别和所述电池、混合动力系统控制器电气相连，用于根据电池输出端的电压和电流计算出电池的剩余电量，并将电池输出端的电流、电池的剩余电量传递给所述混合动力系统控制器；

所述混合动力系统控制器分别和所述电机驱动控制器、SOC估计模块、发动机电子控制单元相连，用于根据电机驱动控制器发出的电机控制信号、电池输出端的电流、电池的剩余电量、发动机的转速计算出发动机节气门开度控制量，并将其传递给所述发动机电子控制单元；

其特征在于，所述串联式油电混动无人机能量管理系统的控制方法包含以下步骤：

步骤1)，搭建无人机动力系统的各个部件模型并连接各个部件模型，所述无人机动力系统部件模型包括发动机模型、发电机模型、电池模型；

步骤2)，运行无人机动力系统模型，记录不同工况下的发动机转速、需求功率、剩余油量、电池SOC、爬升率、悬停率、波动率、降落率，将这些参数作为训练数据保存下来；

步骤3)，搭建动态规划算法模型，将需求功率和电池SOC值分别按预设的差值步长划分作为状态集；将节气门开度按预设的角度步长划分作为动作集；将全程最小油耗作为目标函数；确定好约束条件并进行迭代寻优；通过动态规划算法模型计算各个工况下的最佳功率输出比；

步骤4)，搭建神经网络模型，将发动机转速、需求功率、剩余油量、电池SOC、爬升率、悬停率、波动率、降落率作为输入层，根据经验公式计算隐藏层神经元个数，将当前工况下的功率输出比作为输出，并将步骤3)中计算的相应工况下的最佳功率输出比作为目标输出；

步骤5)，基于步骤2)中的训练数据对所述神经网络模型进行训练，通过一步步的反向传播不断优化各层连接权重，得到训练后的模型；

步骤6)，利用训练后的模型进行实时的能量分配：根据实时飞行过程中的发动机转速、需求功率、剩余油量、电池SOC、爬升率、悬停率、波动率、降落率求出该时刻最佳功率输出比，并以此调控发动机和电池的功率输出。

2.根据权利要求1所述的串联式油电混动无人机能量管理系统的控制方法，其特征在于，所述步骤1中的发动机模型根据以下公式计算发动机输出功率：

T_E＝f(n_E,θ)

be＝f(T_E,n_E)

P_E＝n_E*T_E/9549

式中，T_E表示发动机转矩；n_E表示发动机工作转速；θ表示发动机节气门开度；be表示发动机燃油消耗率；P_E表示发动机输出功率。