[发明专利]一种混联式混合动力无人机动力系统的优化方法

说明书

本发明公开了一种混联式混合动力无人机动力系统的优化方法，包括步骤如下：建立混联式混合动力无人机动力系统关联模型；分别建立飞行动力性函数模型、耦合结构经济性函数模型，混合系统排放性函数模型三个分目标函数模型；确定系统约束条件；推导出混联式混合动力无人机动力系统多目标优化函数模型；采用多目标优化算法，进行多目标参数优化。本发明的方法使得固定翼混合动力无人机在具备较高的飞行动力性的同时，提高了经济性，并进一步减少排放。

技术领域

本发明属于无人机动力系统优化技术领域，具体涉及一种混联式混合动力无人机动力系统的优化方法。

背景技术

目前，消费级无人机市场趋于饱和，工业级无人机市场则处于快速上升的趋势，固定翼无人机在远距离、长航时工作任务时具有巨大优势。与此同时，为了实现减少排放、降低污染的目标，混合动力无人机开始成为研究热点。

混合动力无人机动力系统包括：串联式、并联式、混联式，串联式动力系统发动机的能量利用率不高，需要更大功率的发动机和电动机；并联式动力系统油耗和排污指标在一定工况下不如串联式；混联式动力系统能够满足发动机、发电机、电动机在各种工况下的最佳优化匹配，最大化的实现能量回收和节能减排的目的。

目前，混联式固定翼混合动力无人机鲜有研究；主要问题在于，混联式动力系统的应用虽然能够适应各种不同工况的飞行任务，但也会增加系统结构复杂度，导致动力系统、整机制造成本增加，同时质量的增加也会对飞行动力性造成影响。此外，动力系统的排放性也是需要考虑的因素。

综上可知，混联式无人机的多目标优化设计，对其综合性能有重要意义。然而，现有研究工作集中在独立的燃油经济性单目标优化，尤其是还没有针对特有的固定翼形式的油电混合动力系统的多目标优化方法，无法从本质上解决混合动力系统性能目标之间的耦合关系对性能的影响，不利于固定翼混合动力无人机的设计应用。

发明内容

针对于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种混联式混合动力无人机动力系统的优化方法，以克服现有技术中存在的无人机混合动力系统优化目标单一的问题，本发明的方法使得固定翼混合动力无人机在具备较高的飞行动力性的同时，提高了经济性，并进一步减少排放。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明的一种混联式混合动力无人机动力系统的优化方法，包括步骤如下：

(1)建立混联式混合动力无人机动力系统关联模型；

(2)确定混联式混合动力无人机动力系统优化目标，分别建立飞行动力性函数模型、耦合结构经济性函数模型，混合系统排放性函数模型三个分目标函数模型；

(3)通过对所述系统优化目标进行对比分析，根据系统结构选取特征优化变量，确定系统约束条件；

(4)根据所述分目标函数模型和系统约束条件，推导出混联式混合动力无人机动力系统多目标优化函数模型；

(5)根据步骤(4)得到的混联式混合动力无人机动力系统多目标优化函数模型，采用多目标优化算法，进行多目标参数优化。

进一步地，所述步骤(1)中的关联模型包括：机体动力学模型、发动机模型、电动机模型、动力电池组模型。

进一步地，所述机体动力学模型为：

所述发动机模型包括为：：

所述电动机模型为：

所述动力电池组模型为：