【摘 要】
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电动无人机相较于传统燃油无人机更环保,但由于机身体积小、锂电池能量密度低等原因使得续航时间短成为限制无人机发挥的致命缺点。本文提出采用燃料电池和锂电池结合的混合动力系统作为无人机动力源的设计方案。系统主要部件包含质子膜交换燃料电池、锂电池、DC-DC变换器、系统控制器等。燃料电池作为无人机动力供给的主要能源,锂电池提供飞行过程中出现的瞬时大功率需求,DC-DC负责控制燃料电池功率输出,稳定母线电压
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电动无人机相较于传统燃油无人机更环保,但由于机身体积小、锂电池能量密度低等原因使得续航时间短成为限制无人机发挥的致命缺点。本文提出采用燃料电池和锂电池结合的混合动力系统作为无人机动力源的设计方案。系统主要部件包含质子膜交换燃料电池、锂电池、DC-DC变换器、系统控制器等。燃料电池作为无人机动力供给的主要能源,锂电池提供飞行过程中出现的瞬时大功率需求,DC-DC负责控制燃料电池功率输出,稳定母线电压,系统控制器负责功率分配。本文首先提出一种满足无人机性能需求的配置设计方法。根据无人机的机身参数信息计算整机需用功率,以动力系统经济性、系统质量以及续航时间为目标,无人机最大功率需求、锂电池荷电状态变化范围等为约束条件,构建了多目标多约束的优化模型,并且采用一种多目标优化遗传算法NSGAⅡ进行模型求解,采用一种改进的动态规划算法计算续航时间,得到多目标pareto前沿,确定动力系统混合度配置。其次,基于混合动力系统模型,以提高燃料经济性同时维持锂电池SOC在稳定区间为目标,提出了 一种基于深度强化学习DDPG算法的能量管理策略,并且在仿真中与基于规则的功率跟随策略和模糊逻辑控制策略进行了对比。结果显示,基于DDPG的能量管理策略能有效兼顾燃料经济性和锂电池保护。最后,基于已搭建的燃料电池混合动力系统实物平台,针对平台设计基于S32k144主控芯片的系统控制器,实现燃料电池电堆稳定运行控制,并且完成能量管理控制测试。
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