能源优化管理方法及无人空运平台的分布式混合动力系统技术方案

本发明专利技术公开了一种能源优化管理方法及无人空运平台的分布式混合动力系统，本方法根据储能电池的电流计算推进电机的功率和储能电池的电量；计算发动机用于无人空运平台动力推进的第一功率；将第一功率和推进电机的功率相加，获得无人空运平台的平台动力系统功率需求；根据平台动力系统功率需求和储能电池的电量，计算发动机的燃油消耗速率；根据储能电池的电流和发动机的燃油消耗速率，计算哈密顿函数；采用庞特利雅金极小值原理，基于哈密顿函数求解出发动机的最小燃油消耗速率；根据最小燃油消耗速率，构建能源优化管理的优化函数；基于能源优化管理的优化函数，调整发动机和推进电机的输出功率。本发明专利技术能够最优化能源管理，提升能源利用效率。提升能源利用效率。提升能源利用效率。

【技术实现步骤摘要】
能源优化管理方法及无人空运平台的分布式混合动力系统


[0001]本专利技术涉及能源管理
，尤其是涉及一种能源优化管理方法及无人空运平台的分布式混合动力系统。

技术介绍

[0002]分布式混合动力系统是一种融合了传统发动机(活塞发动机、燃气涡轮发动机)与推进电机双重动力的组合体。发动机在提供主要推力的同时，带动发电机发电，与储能电池(锂电池等)共同为推进电机提供电力，并由推进电机驱动螺旋桨，为平台提供部分推力，从而达到提升能源利用效率、改善飞行器气动效果的目的。分布式混合动力系统是介于传统发动机和全电推进系统之间的一种新型推进方式，已成为当前航空动力发展的重要趋势。
[0003]现有技术对应用于大型无人空运平台的动力系统而言，需要配置大功率的发动机系统，从而满足飞行平台短距起飞、爬升等飞行过程的高功率需求。飞行平台进入巡航平飞之后，对动力推进系统的功率则显著下降。并且现有技术的能源管理方法造成发动机燃油消耗很大，不能很好的利用能源，造成一定的能源浪费。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种能源优化管理方法及无人空运平台的分布式混合动力系统，能够最优化能源管理，提升系统能源利用效率。
[0005]第一方面，本专利技术实施例提供了一种能源优化管理方法，所述能源优化管理方法包括：
[0006]计算储能电池的电流，并根据所述储能电池的电流计算推进电机的功率和所述储能电池的电量；
[0007]根据所述推进电机的功率，计算发电机的输出功率；
[0008]根据所述发电机的输出功率，计算所述发动机用于无人空运平台动力推进的第一功率；
[0009]将所述第一功率和所述推进电机的功率相加，获得所述无人空运平台的平台动力系统功率需求；
[0010]根据所述平台动力系统功率需求和所述储能电池的电量，计算发动机的燃油消耗速率；
[0011]根据所述储能电池的电流和所述发动机的燃油消耗速率，计算哈密顿函数；
[0012]采用庞特利雅金极小值原理，基于所述哈密顿函数求解出所述发动机的最小燃油消耗速率；
[0013]根据所述最小燃油消耗速率，构建能源优化管理的优化函数；
[0014]基于所述能源优化管理的优化函数，调整所述发动机和所述推进电机的输出功率。
[0015]与现有技术相比，本专利技术第一方面具有以下有益效果：
[0016]本方法根据平台动力系统功率需求和储能电池的电量，计算发动机的燃油消耗速率，根据储能电池的电流和发动机的燃油消耗速率，计算哈密顿函数，采用庞特利雅金极小值原理，基于哈密顿函数求解出发动机的最小燃油消耗速率，根据最小燃油消耗速率，构建能源优化管理的优化函数，基于能源优化管理的优化函数，调整发动机和推进电机的输出功率，通过庞特利雅金极小值原理求解发动机的最小燃油消耗速率，以最小燃油消耗率为能源优化管理目标，从而构建能源优化管理的优化函数，并基于能源优化管理的优化函数，调整发动机和推进电机的输出功率，能够最优化能源管理，有效提升能源利用效率，从而提升无人空运平台的航程。
[0017]根据本专利技术的一些实施例，所述计算储能电池的电流，并根据所述储能电池的电流计算推进电机的功率和所述储能电池的电量，包括：
[0018]通过如下公式计算所述储能电池的电流：
[0019][0020]推进电机的功率由储能电池提供，根据所述储能电池的电流计算推进电机的功率：
[0021]P
EM
(t)＝V
bat
(t)
·
I
bat
(t)
[0022]根据所述储能电池的电流计算所述储能电池的电量：
[0023][0024]其中，I
bat
(t)表示所述储能电池的电流，E0表示所述储能电池的开路电压，R
e
表示所述储能电池的内阻，P
bat
(t)表示所述储能电池的充放电功率，P
EM
(t)表示所述推进电机的功率，V
bat
(t)表示所述储能电池的电压，SOC(t)表示所述储能电池的电量，SOC0表示所述储能电池的初始电量，Ah
nom
表示所述储能电池的容量，t0表示所述储能电池的电流变化的起始时间，t表示每次变化周期的时间变量。
[0025]根据本专利技术的一些实施例，通过如下方式计算发电机的功率：
[0026][0027]其中，P
gen
(t)表示所述发电机的输出功率，P
EM
(t)表示所述推进电机的功率，η表示充放电效率。
[0028]根据本专利技术的一些实施例，通过如下方式计算所述发动机用于无人空运平台动力推进的第一功率：
[0029]P
ICE,P
(t)＝P
ICE
(t)
‑
P
gen
(t)
[0030]其中，P
ICE
(t)表示所述发动机的总功率需求，P
ICE,P
(t)表示所述发动机用于无人空运平台动力推进的第一功率，P
gen
(t)表示所述发电机的输出功率。
[0031]根据本专利技术的一些实施例，通过如下方式计算发动机的燃油消耗速率：
[0032][0033]其中，表示所述发动机的燃油消耗速率，P(t)表示所述平台动力系统功率需求，SOC(t)表示所述储能电池的电量，t表示时间变量。
[0034]根据本专利技术的一些实施例，通过如下方式计算哈密顿函数：
[0035][0036]其中，H表示哈密顿函数，表示所述发动机的燃油消耗速率，λ(t)表示拉格朗日乘子，μ(t)表示电池SOC的约束，I
bat
(t)表示所述储能电池的电流，Ah
nom
表示所述储能电池的容量。
[0037]根据本专利技术的一些实施例，通过如下方式构建能源优化管理的优化函数：
[0038][0039]其中，J表示能源优化管理的优化函数，m
fuel
表示所述发动机的燃油消耗，t0表示所述平台动力系统功率需求变化的起始时间，t
f
表示所述平台动力系统功率需求变化的结束时间，t表示每次变化周期的时间变量。
[0040]根据本专利技术的一些实施例，所述基于所述能源优化管理的优化函数，调整所述发动机和所述推进电机的输出功率，包括：
[0041]基于所述能源优化管理的优化函数，当飞行平台功率需求确定时，若所述储能电池的电量高于预设值，则增大所述推进电机的输出功率、减小所述发动机的输出功率；若所述储能电池的电量低于所述预设值，则增大所述发动机的输出功率。
[0042]第二方面，本专利技术实施例还提供了一种无人空运平台的分布式混合动力系统，所述分布式混合动力系统采用分布式方法进行布局安装，所述无人空运平台的分布式混合动力系统本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种能源优化管理方法，其特征在于，所述能源优化管理方法包括：计算储能电池的电流，并根据所述储能电池的电流计算推进电机的功率和所述储能电池的电量；根据所述推进电机的功率，计算发电机的输出功率；根据所述发电机的输出功率，计算所述发动机用于无人空运平台动力推进的第一功率；将所述第一功率和所述推进电机的功率相加，获得所述无人空运平台的平台动力系统功率需求；根据所述平台动力系统功率需求和所述储能电池的电量，计算发动机的燃油消耗速率；根据所述储能电池的电流和所述发动机的燃油消耗速率，计算哈密顿函数；采用庞特利雅金极小值原理，基于所述哈密顿函数求解出所述发动机的最小燃油消耗速率；根据所述最小燃油消耗速率，构建能源优化管理的优化函数；基于所述能源优化管理的优化函数，调整所述发动机和所述推进电机的输出功率。2.根据权利要求1所述的能源优化管理方法，其特征在于，所述计算储能电池的电流，并根据所述储能电池的电流计算推进电机的功率和所述储能电池的电量，包括：通过如下公式计算所述储能电池的电流：推进电机的功率由储能电池提供，根据所述储能电池的电流计算推进电机的功率：P
EM
(t)＝V
bat
(t)
·
I
bat
(t)根据所述储能电池的电流计算所述储能电池的电量：其中，I
bat
(t)表示所述储能电池的电流，E0表示所述储能电池的开路电压，R
e
表示所述储能电池的内阻，P
bat
(t)表示所述储能电池的充放电功率，P
EM
(t)表示所述推进电机的功率，V
bat
(t)表示所述储能电池的电压，SOC(t)表示所述储能电池的电量，SOC0表示所述储能电池的初始电量，Ah
nom
表示所述储能电池的容量，t0表示所述储能电池的电流变化的起始时间，t表示每次变化周期的时间变量。3.根据权利要求1所述的能源优化管理方法，其特征在于，通过如下方式计算发电机的功率：其中，P
gen
(t)表示所述发电机的输出功率，P
EM
(t)表示所述推进电机的功率，η表示充放电效率。4.根据权利要求1所述的能源优化管理方法，其特征在于，通过如下方式计算所述发动机用于无人空运平台动力推进的第一功率：
P
ICE,P
(t)＝P
ICE
(t)
‑
P
gen
(t)其中，P
ICE
(t)表示所述发动机的总功率需求，P
ICE,P
(t)表示所述发动机用于无人空运平台动力推进的第一功率，P<...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱炳杰，高显忠，刘多能，杨希祥，侯中喜，郭正，伍军，邓小龙，鲁亚飞，董兵，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：