無人機(jī)能源系統(tǒng)智能管理軟件的設(shè)計(jì)與開發(fā)

陳祥紅 周婷 陳利偉

摘 要：本文對(duì)無人機(jī)能源系統(tǒng)其智能管理軟件的設(shè)計(jì)進(jìn)行了簡單的分析，該無人機(jī)能源系統(tǒng)主要包括鋰電池組件、太陽能電池組件、能源控制模塊、無人機(jī)供電單位、DC-DC 轉(zhuǎn)換器、無人機(jī)主控制模塊等，該控制系統(tǒng)將鋰電池與太陽能電池進(jìn)行了合理配置，可有效彌補(bǔ)無人機(jī)儲(chǔ)能不足的問題，為了驗(yàn)證其應(yīng)用的合理性，本文隨后根據(jù)相應(yīng)無人機(jī)能源系統(tǒng)智能管理軟件內(nèi)部部件工作情況進(jìn)行了相應(yīng)實(shí)驗(yàn)論證。

關(guān)鍵詞：無人機(jī)能源系統(tǒng)；智能管理軟件；設(shè)計(jì)；開發(fā)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.08.134

0 前言

該無人機(jī)能源智能管理系統(tǒng)主要包括鋰電池組件、太陽能電池組件、能源控制模塊、無人機(jī)供電單位、DC-DC 轉(zhuǎn)換器、無人機(jī)主控制模塊等，其中能源管理控制機(jī)制主要包括能源管理控制器、智能充放電模塊、最大功率跟蹤模塊、電池狀態(tài)監(jiān)測模塊。在這個(gè)系統(tǒng)中可通過DC-DC變換器、太陽能電池組件、最大功率跟蹤模塊、電池監(jiān)測模塊兩兩相連，而鋰電池組件可以與電池狀態(tài)監(jiān)測模塊、智能充放電模塊進(jìn)行連接，從而保證整體系統(tǒng)穩(wěn)定的運(yùn)行。

1 無人機(jī)能源系統(tǒng)智能管理軟件流程

在整體智能管理系統(tǒng)運(yùn)行過程中，能源管理模式可以對(duì)太陽能電池組件、無人機(jī)供電單元、鋰電池組件供電狀態(tài)及電量狀態(tài)進(jìn)行綜合判定管理[1]。對(duì)無人機(jī)供電單元供電狀態(tài)的檢測首先應(yīng)對(duì)其正常運(yùn)行情況進(jìn)行檢測，若出現(xiàn)運(yùn)行故障則對(duì)其整體架構(gòu)進(jìn)行全面分析，并發(fā)出預(yù)警信號(hào)，反之則執(zhí)行待機(jī)狀態(tài)；對(duì)于鋰電池組件電力檢測主要是對(duì)其內(nèi)部電量程度的判定，若確定鋰電池組件電量充滿則執(zhí)行待機(jī)信號(hào)，反之進(jìn)行繼續(xù)充電；對(duì)于太陽能電池組件輸出狀態(tài)的判定主要以輸出功率為依據(jù)，若存在輸出功率則執(zhí)行待機(jī)狀態(tài)，反之進(jìn)行充電措施。此外為了保證無人機(jī)能源處理智能系統(tǒng)的正常運(yùn)行，還需對(duì)鋰電池組件電量進(jìn)行一定的監(jiān)測，若出現(xiàn)鋰電池組件電量低于最低限度，則開啟報(bào)警裝置，并進(jìn)行后續(xù)的降落準(zhǔn)備措施。

2 無人機(jī)能源系統(tǒng)智能管理軟件設(shè)計(jì)開發(fā)

2.1 無人機(jī)能源系統(tǒng)設(shè)計(jì)

無人機(jī)能源系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要是針對(duì)DC-DC電路、BDMR電路及MPPT數(shù)據(jù)采集電路的設(shè)計(jì)[2]。其中DC-DC電路的設(shè)計(jì)主要是通過動(dòng)力母線多次變換保證控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼＿M(jìn)行。而MPPT數(shù)據(jù)采集電路則是根據(jù)整體能源運(yùn)行情況對(duì)其輸入電流、輸出電流、輸入電壓、輸出電壓進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，便于對(duì)能源系統(tǒng)工作狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測。在MPPT采集電路設(shè)計(jì)時(shí)采用光電隔離的模式將整體電路與相關(guān)設(shè)備進(jìn)行連接，可有效避免電路串聯(lián)導(dǎo)致的物理量懸浮地問題。而在BDMR電路設(shè)計(jì)時(shí)需將蓄電池組、太陽能電池進(jìn)行隔離控制，可采用二極管的方式進(jìn)行。另外為了對(duì)能源系統(tǒng)功率進(jìn)行有效控制，可在輸入電路及蓄電池回路中進(jìn)行等效控制，即當(dāng)相應(yīng)回路電流小于一定數(shù)值時(shí)會(huì)出現(xiàn)截止信號(hào)，通過二極管避免電源繼續(xù)消耗，從而實(shí)現(xiàn)電路有效控制。

2.2 無人機(jī)能源系統(tǒng)智能管理系統(tǒng)應(yīng)用測試

本文結(jié)合大疆PHANTOM無人機(jī)進(jìn)行了智能管理系統(tǒng)的應(yīng)用測試，其主要是用于目標(biāo)觀察及密閉操作。大疆無人機(jī)工作頻率為2.400-2.483GHZ，電池為智能飛行電池，機(jī)身內(nèi)部具有USB、Micro USB接口。能源系統(tǒng)智能管理軟件測試機(jī)構(gòu)主要由電子負(fù)載、工控設(shè)備、太陽電池模擬設(shè)備、直流電源等構(gòu)成。其中太陽方陣模擬設(shè)備通過與MPPT電路連接對(duì)太陽電池應(yīng)用過程進(jìn)行模擬，而鋰電池管理狀態(tài)則通過直流電源模擬，電機(jī)負(fù)載、電機(jī)設(shè)備負(fù)載則由相應(yīng)的電子負(fù)載模擬，工控設(shè)備則模擬整體的智能管理軟件終端，對(duì)無人機(jī)能源系統(tǒng)各部件的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，并將檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析記錄。同時(shí)為了保證整體能源管理系統(tǒng)監(jiān)測的嚴(yán)密性，在整體系統(tǒng)運(yùn)行過程中不接入蓄電池，其中設(shè)置太陽能模擬設(shè)備總輸出功率及單路工作點(diǎn)電壓分別為1050W、32V，電流整體負(fù)載為恒流負(fù)載狀態(tài)，測試結(jié)果顯示當(dāng)輸入功率為1279.97W時(shí)，負(fù)載電流在9.22A-11.85A之間，而負(fù)載電壓在105.5V-127.9V之間，而整體系統(tǒng)負(fù)載功率在1239W-1260W之間，可得出整體能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)化效率均在97%以上。然后將蓄電池組接入整體系統(tǒng)進(jìn)行后續(xù)觀察，在系統(tǒng)管理過程中將某條太陽能組件采取端開措施，可明顯觀察到蓄電池組工作電壓大于太陽能系統(tǒng)工作電壓，而通過對(duì)鋰電池組控制及其他太陽能組件調(diào)整，對(duì)其強(qiáng)制升壓功能進(jìn)行了進(jìn)一步分析，在實(shí)驗(yàn)中通過能源系統(tǒng)智能管理軟件強(qiáng)制升壓功能的使用促使升壓電路與蓄電池進(jìn)行了重新連接，然后為整體能源管理系統(tǒng)的正常工作提供了保障，并在后續(xù)運(yùn)行中逐步恢復(fù)到以往工作狀態(tài)，經(jīng)過重復(fù)試驗(yàn)，可得出該無人機(jī)能源系統(tǒng)智能管理軟件具有智能修復(fù)、故障屏蔽的功能。

3 總結(jié)

綜上所述，本文對(duì)無人機(jī)能源系統(tǒng)智能管理軟件工作流程進(jìn)行了簡單的分析，并根據(jù)能源系統(tǒng)智能管理軟件具體的工作流程對(duì)其相關(guān)的電路設(shè)計(jì)進(jìn)行了深入的探究，為了驗(yàn)證無人機(jī)能源系統(tǒng)智能管理軟件運(yùn)行的效果，通過模擬實(shí)驗(yàn)對(duì)其系統(tǒng)運(yùn)行效率及智能修復(fù)能力進(jìn)行了驗(yàn)證，根據(jù)具體的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可得出該管理軟件可具有良好的運(yùn)行效率，具有良好的發(fā)展前景。

參考文獻(xiàn)：

[1]胡斌，時(shí)景立，馮利軍.太陽能無人機(jī)能源管理器研究與設(shè)計(jì)[J].電源技術(shù)，2015，39（10）：2161-2165.

[2]劉莉，杜孟堯，張曉輝等.太陽能/氫能無人機(jī)總體設(shè)計(jì)與能源管理策略研究[J].航空學(xué)報(bào)，2016，37（01）：144-162.