平流层飞艇多能源管理系统的优化设计

摘要

能源管理是平流层飞艇的关键技术之一，基于飞艇控制的复杂性，飞行环境多变性和长驻空时间的特点，能源系统的管理和优化成了整个飞艇系统的瓶颈，结合传统能源和新能源的多能源系统可作为有效的解决方案。 本文设计了平流层飞艇多能源（包括太阳能，燃料电池，锂离子电池和航空发电机）优化控制系统。结合平台能源特点和任务要求。首先，设计静态能源搭载分配方案和软件架构，并予以实现；接着，采用分布式电源模块布局，建立有限状态机模型，结合模型建立动态实时调度方案，提出了切换方法，实现动态调度各能源管理单元。并使用马尔科夫过程理论，对飞艇的状态转移矩阵进行分析和研究。 本文的创新点主要有：（1）基于飞艇平台的复杂性，提出有限状态机模型，利用马尔科夫状态转移矩阵对非确定的动态规划理论进行了初步分析；（2）设计静态优化问题的labview 7 + C(matlab）+ E-sheet/database+Lingo 9软件架构，可作为解决工程优化问题普适系统；（3）将飞艇主控系统与多能源系统进行解耦，加入能需分析环节；（4）将操作系统的概念融合进多能源管理系统中；（5）加入了随机过程理论，将各种状态的切换统一的定义到一定的转移概率矩阵来进一步分析。 整体方案设计降低了飞行任务与能源优化管理的耦合程度，保证了实时互操作性。其研究成果除了适用于飞艇外，对无人机、人造卫星、混合动力车、船等一类复杂控制和复杂工况的系统都有具有借鉴作用。