基于模糊控制的无人机应急电源快速充电方法

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  • 无人机应急电源指无人机飞行中主电源发生故障时,为机载用电设备提供电能的供电电源。本校某型无人机应急电源由20节镍镉电池单元组成。现代战争对武器装备的要求空前严酷,具体到无人机系统,则包括了大力缩短准备时间,提高系统检测精度,提高系统整体可靠性,增强系统采集情报信息的质量等诸多方面。但是,目前无人机应急电源大都采用及时维护,提前一天充电的方法来保证其战斗力,耗时长。另外,人工维护偶尔造成的疏漏也不可避免,这些都是影响战斗力发挥的严重隐患。

    1 无人机应急电源的充电特性
       
    无人机应急电源之所以要提前一天采用小电流充电是因为它的充放电是一个复杂的电化学变化过程,为了保证寿命,只能牺牲充电的速度。
    1.1 多变量
        影响充电过程的因素很多,如电解液浓度、极板活性物的活度、环境温度都可以对充电速度产生影响。这使得简单控制系统对提高充电效率无法起到显著作用。
    1.2 非线性
       
    无人机应急电源的最佳充电电压在整个充电过程中是时间的变指数函数,在不同阶段将呈现不同的变化规律。充电特性曲线如图1所示。

        从图1中可以看出,无人机应急电源的充电过程可分为A-B段、B-C段、C-D段。其中A-B段是充电的初始阶段,电量基本用完,这一阶段可采用恒定小电流充电;B-C段是电压变化最为剧烈的一段,如果采用恒流充电,电流大,易损坏电池,电流小,不能充分发掘时间;C-D段的电压从最高点开始下降,可采用涓流充电。
    1.3 独特性
        无人机应急电源依据其具体不同的使用状况,其充电电流有很大的不同,即使同一套无人机系统同时配发相同容量、相同型号的电源也不例外。
        装备现用的充电技术没有考虑充电过程的非线性变化,无法实现对无人机应急电源的适应性充电,只能以相对较小的电流实施充电,从而导致充电速度慢,而且充电后期析气严重,对电源内部造成损坏,不仅不能快速充电,还大大缩短了电源的使用寿命,必须加以改善。经综合比较,可选用成本较低,且适应性较强的模糊控制策略。

    2 模糊控制充电器的设计
       
    模糊控制不需要掌握被控对象的数学模型,特别适合这种非线性控制。它对过程参数的变化具有较强的适应性,并且可加入一些人为的经验因数,使控制过程更易于按照人的要求来实现。可以预期这种模糊控制充电器的工作原理是预先设计一张控制策略表存入单片机的ROM中。控制时根据采样结果计算输入量的值,然后通过量化因子将其模糊化,以得到其论域。再查表得到相应的控制量。将该控制量与比例因子相乘,即可作为输出量,对充电过程实施控制。

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