[发明专利]电推进旋翼飞行器动力系统及其控制方法

权利要求书

1.一种电推进旋翼飞行器动力系统的控制方法，该电推进旋翼飞行器动力系统包括：融合储能系统、无刷直流电机调速器、无刷直流电机、安装在所述无刷直流电机上的螺旋桨、飞控计算机、飞行器惯性传感器、高度传感器以及遥控信号接收器；所述的无刷直流电机调速器由第一交流逆变器、第二交流逆变器、第三交流逆变器、第四交流逆变器构成，所述的无刷直流电机由第一无刷直流电机、第二无刷直流电机、第三无刷直流电机和第四无刷直流电机构成，所述的飞行器惯性传感器、高度传感器以及遥控信号接收器的输出端与所述的飞控计算机相连，所述的融合储能系统包括锂电池和超级电容，所述的超级电容的输出端采用双向DC/DC交换器控制能量流向，并与所述的锂电池并联，所述的锂电池并联的电压传感器的输出端与所述的飞控计算机的输入端相连，所述的超级电容并联的电压传感器的输出端与所述的飞控计算机的输入端相连，所述的锂电池的正极分别与所述的第一交流逆变器、第二交流逆变器、第三交流逆变器、第四交流逆变器的输入端的正极相连，所述的锂电池的负极分别与所述的第一交流逆变器、第二交流逆变器、第三交流逆变器、第四交流逆变器的输入端的负极相连，所述的第一交流逆变器、第二交流逆变器、第三交流逆变器、第四交流逆变器的输出端与所述的第一无刷直流电机、第二无刷直流电机、第三无刷直流电机、第四无刷直流电机一一对应相连，所述的飞控计算机的控制输出端分别与所述的双向DC/DC交换器、第一交流逆变器、第二交流逆变器、第三交流逆变器、第四交流逆变器的控制端相连；其特征在于该控制方法包括下列步骤：

1)飞行器飞行模式识别及功率预测，包括：

①所述的飞控计算机采集所述的飞行器惯性传感器的数据并滤波，得到飞行器姿态角θ，ψ，飞行器机体坐标系下三轴加速度a_x，a_y，a_z，飞行器机体坐标系下三轴角速度ω_x，ω_y，ω_z及角加速度p，q，r信息，采集所述的飞行器高度传感器的数据并滤波，得到飞行器距离地面高度信息h；

②基于飞行器惯性传感器数据，所述的飞控计算机判别飞行器的飞行速度变化模式，姿态变化模式，高度变化模式；

③所述的飞控计算机结合飞行器控制指令输入，依据预设权重值预测飞行器功率需求类别是低功率，瞬时高功率，还是长时高功率；

2)所述的飞控计算机按照飞行器功率需求类别，对锂电池和超级电容工作模式进行分级设定：锂电池的工作模式划分为预设输出功率为P1，P2，P3，P4的4个级别且P1P2P3P4，超级电容的工作模式划分为断开、放电、缓慢充电、较快速充电和快速充电5个模式，用SOC表示超级电容荷电状态，定义分级超级电容荷电状态：一级SOC的上限为H1，二级SOC的上限为H2，一级SOC的下限为L1，二级SOC的下限为L2且0L2L1H1H2100％，所述的锂电池和超级电容工作模式的判定方式如下：

若此时飞行器功率需求类别为低功耗：

判定SOCH2，则锂电池预设输出功率设定为P1，超级电容工作模式为断开；

判定H1SOCH2，则锂电池预设输出功率设定为P2，超级电容工作模式为缓慢充电；

判定L1SOCH2，则锂电池预设输出功率设定为P3，超级电容工作模式为较快速充电；

判定SOCL1，则锂电池预设输出功率设定为P4，超级电容工作模式为快速充电；

若此时飞行器功率需求类别为瞬时高功耗：

判断SOCL2，则锂电池预设输出功率设定为P3，超级电容工作模式为放电；

判断SOCL2，则锂电池预设输出功率设定为P4，超级电容工作模式为断开；

若此时飞行器功率需求类别为长时高功耗：

判断SOCL1，则锂电池预设输出功率设定为P3，超级电容工作模式为放电；

判断SOCL1，则锂电池预设输出功率设定为P4，超级电容工作模式为断开；

3)锂电池和超级电容输出功率设定：基于滤波算法使锂电池输出功率平滑，采用超级电容补足缺少的功率或储存过剩的功率，使得总功率输出满足飞行器功率需求的同时，锂电池输出波动较小且接近步骤2)所述的锂电池预设输出功率；

4)通过所述的双向DC\DC交换器控制所述的超级电容的功率输出，通过所述的第一交流逆变器、第二交流逆变器、第三交流逆变器、第四交流逆变器控制能源系统的整体功率输出，驱动所述的第一无刷直流电机、第二无刷直流电机、第三无刷直流电机、第四无刷直流电机，为所述的螺旋桨提供所需动力。

2.根据权利要求1所述的电推进旋翼飞行器动力系统的控制方法，其特征在于所述的飞行器高度传感器为超声波距离传感器或气压高度计。