● 摘要
能源管理是平流层飞艇的关键技术之一，为了实现长时驻空要求飞艇采用多能源配置方案，基于飞行环境的复杂性，对多能源进行可靠、有效的管理成为整个飞艇的瓶颈。本文建立了平流层飞艇能源管理系统的全系统仿真模型（包括太阳能电池阵、锂电池组、电力传输变换器、供配电网络、能源调度系统）。首先，对能源管理系统总体方案进行了描述，分析了太阳辐照的接收特点，并根据能源平衡关系确定了锂电池组功率和容量。接着，对能源管理系统各分系统以及推进螺旋桨进行了详细的建模，并进行了仿真验证或试验验证。最后，设计了冗余供配电网络，结合各分系统特点完成了能源调度系统设计和建模，实现了网络余度管理和能源模式的实时切换。在合理简化的基础上进行了能源管理全系统整合，全系统仿真结果证明了该能源管理系统的可行性。本文的创新点主要有：（1）结合飞艇接收太阳辐照的特点确定不同飞行姿态下的最佳太阳能电池阵铺设位置，引入关键环节传输效率完成能源平衡的动态分析和容量确定；（2）结合采用ANFIS和BP神经网络完成螺旋桨数值模型创建，为能源消耗的预测引进一种新方法；（3）结合飞艇能源获取特点设计了并联输入的复合MPPT变换器，有效实现最大功率跟踪；（4）设计了双余度供配电网络，提高了系统可靠性；（5）根据MATLAB的先进特性，采用基于模型设计方法完成能源调度系统的设计，为系统的快速开发提供一种全新方式，完成平流层飞艇能源管理系统的全系统仿真，实现了系统的快速验证。本文详细对平流层飞艇多能源管理系统进行了详细分析、设计和建模，其研究成果为平流层飞艇能源管理系统的快速设计与验证提供了一种全新思路。