[发明专利]一种基于模型预测控制的飞机能量智能管理方法

说明书

本申请属于飞机能量管理技术领域，涉及一种基于模型预测控制的飞机能量智能管理方法。该方法包括获取飞行包线上各任务的目标权重及各任务的需求功率，基于预置的动态规划目标函数，按设定的第一间隔时间，周期性的进行所述动态规划目标函数的计算，获取满足总功率需求的待执行的任务列表；基于系统状态和专家规则集对任务列表中的各任务按第二间隔时间重复计算，获取二次能源系统工作模式以及指令参考值；按第三时间间隔持续获得给定目标的状态值，并根据工作模式以及指令参考值作为约束边界，获得所述给定目标的期望最优解。本申请通过多个层次对能量进行管理，可提高飞机二次能源系统的使用效率，降低飞机的装机功率。

技术领域

本申请属于飞机能量管理技术领域，特别涉及一种基于模型预测控制的飞机能量智能管理方法。

背景技术

随着航空技术的发展，下一代飞行器将具备更全面的隐身特性、更广阔的作战范围、更强大的态势感知能力和更高端的机载武器等典型能力特征。这些特征能力的实现对飞行器能源系统功能和性能的要求提出了更高的要求。下一代飞行器的负载主要包括飞控作动器系统、起落架收放系统和内埋式武器舱门启闭系统等液压负载，高功率雷达、激光武器等高功率电气负载等二次能源系统。这些大功率负载除了增加用电量外，还会额外产生大量的热。总之，随着飞行器功能和性能的不断提升，飞行器的能量与废热功率在不断的增大，而机身复合材料的使用和隐身、超音速巡航能力限制了飞行器的散热能力，导致下一代飞行器热管理的问题将更加的严峻。目前飞机的液压和电气系统的功率通常是按照最大峰值叠加功率冗余设计的，存在重量大、效率低、发动机提取功率大等诸多缺点。激光武器等大功率瞬态负载，更会造成用电量和热载荷的大幅增加且波动剧烈。以燃油作为热沉，在地面起飞前、低空飞行或燃油所剩不多的情况下着陆时，飞机自身的冷却问题也会更加凸显。所以如何在合理的装机功率及飞行器能量有限和热管理能力有限的范围内，使各类负载在飞行器内部进行合理高效的管理是一个亟待解决的问题。

发明内容

为提高飞机二次能源系统能量利用效率，降低装机功率，本申请提供了一种基于模型预测控制的飞机能量智能管理方法，具体包括：

步骤S1、获取飞行包线上各任务的目标权重及各任务的需求功率，基于预置的动态规划目标函数，按设定的第一间隔时间，周期性的进行所述动态规划目标函数的计算，获取满足总功率需求的待执行的任务列表，所述任务列表中记载了规划好的任务序列及对应任务序列的相关需求；

步骤S2、基于系统状态和专家规则集对任务列表中的各任务按第二间隔时间重复计算，获取二次能源系统工作模式以及指令参考值，所述工作模式包括约束及指令，所述第二时间间隔小于第一时间间隔；

步骤S3、按第三时间间隔持续获得给定目标的状态值，并根据工作模式以及指令参考值作为约束边界，获得所述给定目标的期望最优解，所述第三时间间隔小于第二时间间隔。

优选的是，步骤S1中，所述第一间隔时间为1～10分钟。

优选的是，步骤S1中，所述动态规划目标函数为Value(C,n)：

Value(C,n)＝max(Value(C,n-1),Value(C-w_n,n-1)+v_n)；

其中，Value(C,n)用于表示容量为C，将前n个任务都决定进行的时候可以得到的最优总目标权重，w_n为第n个任务的功率，v_n为第n个任务的目标权重，采用递归法进行计算，以及采用字典的形式存储每一步的计算结果。

优选的是，步骤S2中，所述第二时间间隔为1～10秒。

优选的是，步骤S2中，所述系统状态包括超级电容SOC、蓄电池SOC，并通过传感器反馈获得。

优选的是，所述专家规则集中储存了各元件的协同特性以及智能管理策略所需要的参数。