混合动力无人机技术研究(软件部分)开题报告

毕业设计（论文）开题报告

题目无人机混合动力技术研究(软件部分)

专 业 名 称

班 级 学 号

学 生 姓 名

指 导 教 师

填 表 日 期 2014 年 3 月 11 日

说 明

开题报告应结合自己课题而作，一般包括：课题依据及课题的意义、国内外研究概况及发展趋势（含文献综述）、研究内容及实验方案、目标、主要特色及工作进度、参考文献等内容。以下填写内容各专业可根据具体情况适当修改。但每个专业填写内容应保持一致

一． 选题的依据及意义

在能源紧缺的今天, 混合动力微型无人机是我国航空工业研究热点，这主要因为混合动力微型无人机不需要携带大量沉重的能源，这对长时间地不间断工作，资源调查以及环境监测和交通管理等用途有重大作用。本课题通过对混合动力微型无人机的能源动力系统进行一些探索，尝试性的解决无人机上动力不足、太阳能利用效率不是很高和能源管理方面等一些技术难题。

微型无人机是我国探测地质灾害、进行气候预测和国家航空防御的重要手段之一，它可以有效地帮助提高我国的空中军事防御技术，而且对民用化方面也会起到很重要的作用。

（一）洪涝、森林火警及地震灾害等方面的监测调查

最近一段时间，我国发生了较多的自然灾害，如果这些自然灾害发生在地质结构比较复杂的地区或者洪涝等性质的灾害，救援人员往往不能及时地到达灾区展开救援，这就需要运用微型无人机对受灾地区进行监测反馈，以便救援人员据此采取相关的应急策略。且同时微型无人直升机还可以用来检测森林火灾大致情况，在没有森林没有发生火灾的情况下，微型无人机同时还可以方便地巡视监测森林的植被，来预测估算森林中的火灾风险指数、含氢量等；在森林发生火灾时，也可以利用无人机对灾情进行评估，以及火灾造成的影响。我国汶川大地震时，受灾地区情况比较严重，道路又堵塞，救援人员又无法第一时间就赶到现场进行实施救援，那时国家中科院就利用了微型无人机来进行数据的收集，在外部天气条件极其恶劣，道路设施严重损坏的情况下，微型无人机深入到受灾地区进行了细致的探测，收集了大量的灾区信息，为及时开展有效的抢救以及保护人们的生命安全提供了及其重要的保证。在某些污染比较严重的地区及一些气候条件比较恶劣的条件下，救援人员直接执行任务是很危险的，此时就可以利用微型无人机来对灾区进行监测，这样就可以在一定程度上保证任务的顺利进行。

（二）微型无人机在我国军事领域方面的主要应用

近年来，随着无人机的发展, 无人机技术已成为军事领域很重要一部分。因为微型无人拥有的最大特点就是无需人类驾驶，所以在执行一些比较危险的任务时利用微型无人机就不必担心出现人员伤亡情况，深多国青睐，甚至还有还有许多国家觉得在将来微型无人机的发展水平会一定程度上决定一个国家的空中军事水平。

（三）微型无人机在空中格斗以及空中侦察方面的应用

目前微型无人机的发展情况都已经受到多个国家的高度重视，大大支持在微型无人机方面的相关技术的研究，所以说，我们不仅要大发展自身微型无人机水平，同时也要

积极研究攻击微型无人机方面的技术，这样才能有效克服微型无人机反导弹能力强、拦截残骸损害防卫目标以及拦截距离较近的缺点，避免敌方微型无人机得到主动权，以便在较远位置摧毁敌方导弹，有效地保护国家的防卫系统，使之不受破坏。由于微型无人机体型较小，比较容易隐蔽，所以在未来的国家战争中可以大规模的使用，这样可以对敌方进行毫无防备进攻。

（四）微型无人机在航空监测方面主要应用

目前，我国的微型无人机是较为特殊的摄影测量仪之一，它的组成机构比较复杂，技术含量也较高，在多个领域均有运用，假使在进行航空测绘是要使用无人机，就必须精心地挑选无人机的内部组成结构，待选定了合适的材料及型号后，才可可进行下一步的研究以及开发。目前我们国家进行航空摄影以及测量的微型无人机有具有固定机翼的，主要用于地面面积的测量与计算以及把地块边界进行数字化处理方面。微型无人机在进行航空测绘时，它的运行成本相对其它手段来说较低而它本身且具有非常大的灵活性，所以，微型无人机在将来会成为航空测绘方面的重要工具。

在21世纪，太阳能混合动力无人机的产生是大势所趋。一方面，人类对能源的需求总量也越来越大，而目现有的能源又日比一日紧张。而太阳能的优势特别大，因此挖掘太阳能的潜力已经成为当下能源工业的一种趋势。而另一方面来，目前现有的五花八门的吸气式发动机如果在飞机飞升到一定高度情况时，由于高空上的空气稀薄，空气浮力比低空下，这使得飞机对发动机功率需求更高，飞机载油量增大；而高空中的空气相对稀薄很多，含氧量大大降低，所以离地面越高，发动机功率就将越小，最终会导致吸气式发动机飞机在续航能力方面和飞行高度方面上都受到制约。而以太阳的太阳能为动力的无人直升飞机，采用太阳能电池把太阳能转化为动力，受高空空气稀薄的因素的影响微乎其微，在高空中，太阳能辐射却越充足，从而飞机的动力将会变得越强。由于太阳能电池可把白天过剩的能量转化为电能储存起来，在晚上没有太阳辐射时继续为飞机提供动力，因此它的续航能力较吸气式发动机飞机来说大大地得到了加强，甚至可飞行长达半年之久，这比吸气式发动机飞机就拥有更多的优势。

二. 国内外研究概况及发展趋势

新能源被誉为二十一世纪五大技术领域之一太阳能是集清洁，高效和永不衰竭于一身的新能源，不管从资源的数量、分布的普遍性，还是从清洁性，技术的可靠性来看，都比其他任何资源更具优越性。世近几年，国际上太阳能产业高速发展，美国，欧洲及日本先后制定了庞大的太阳能发展计划，中国也将太阳能列为重点扶持产业。在我们国家, 日照时数在2200小时以上地区超过2/3，具有良好的开发条件和应用前景。

太阳能飞行器作为太阳能应用发展和研究的重要方向之一，拥有非常大的发展空间和潜力。特别是微型无人直升机在实际应用方面拥有许多固定翼微型飞机无法比拟的优势。军事方面：微型无人直升机可以在各种复杂地形贴近目标实施侦察，尤其是对侦察卫星军用侦察机或人员无法到达的地势险要地区进行侦察，由于微型直升机特有的悬停功能和隐蔽特点，还可以部署到适当位置，充当固定的不被注意的地面传感器，并把信息传送回来；民用方面：微型无人直升机可用于生物和化学物质检测，交通监视和城市情报收集以及野外搜救等。

而目前市面上见到的微型无人直升机多为单一电池供电。由于电池储能有限，导致微型无人直升机续航能力不足，若单纯采用太阳能，则该微型无人直升机的供电需要较大体积的太阳能板，很难不超出该飞行器载重能力，亦不可行。而本太阳能混合动力微型无人直升机采用太阳能与蓄电池混合动力较好地提高了飞机续航能力，并且清洁环保，无环境和噪音污染，也便于日常维护保养，具有很大的实用和研究价值。

三． 研究内容及实验方案

1）课题主要研究内容

(1)首先研究系统的核心元件—光伏装置的电气特性。电气特性通常由电流和电压曲线即I-V 曲线进行描述, 将曲线的电压和电流对应的坐标进行相乘得到就是其功率曲线(P-I和P-V 曲线), 要注意的是光伏电池是非线性元件。

(2)MPPT最大功率跟踪算法研究. 算法的优劣直接关系到太阳能利用率的高低及系统能源利用率。传统控制器大多是太阳能电池板通过二极管直接对蓄电池进行充电, 不但充电时能源有效利用率低, 对其寿命影响大。

(3)蓄电池智能充电策略研究. 有效、科学地使用蓄电池, 对提高蓄电池的使用效率、蓄电池的充电效率、延长蓄电池的使用寿命都十分关键。在对蓄电池进行智能充放电管理时, 还必须考虑蓄电池端电压随温度漂移的温度智能补偿才能实现精确控制蓄电池的过充和过放, 延长蓄电池使用寿命。此外系统集完成时, 由于蓄电池智能充电策略以及MPPT 最大功率跟踪算法, 能够在最大限度提升太阳能电池板功率输出的同时, 延长蓄电池使用寿命。

2）研究方案

一个典型的光伏发电应用系统主要包括光伏阵列、蓄电池、控制器、以及其它电气设备等器件。

光电阵列由半导体单晶硅或多晶硅构成，它能产生光伏效应，进行光电转换。利用光伏效应特性，半导体材料的光伏阵列将太阳能转换成电能。

蓄电池是光伏发电系统的关键部件。由于光伏阵列只能在有太阳光照射的时候提供能量，为了保证在间断的无光照情况下系统能够正常运行，系统中需要有蓄电池一类的储能单元。

控制器是光伏发电系统的核心部件，它对整个光伏发电系统起着控制和保证其正常运行的作用。目前光伏系统中的控制器种类很多，根据控制策略不同又分为两点式、多路顺序式、智能式、最大功率跟踪式等等。

四． 目标、主要特色及工作进度

1.6.1 目标

采用太阳能电池板与蓄电池混合供电，并且可根据蓄电池电量情况自动给电池充电，从而较好地延长直升机续航时间，更加环保节能，作为太阳能与蓄电池混合动力，一方面可以弥补蓄电池储能不足的缺陷，让电池保持在良好的工作状态，不发生过充、过放，延长其使用寿命，降低成本。另一方面又可避免目前太阳能电池板光能利用率较低，面积过大，成本高昂的问题，在航模玩具，航拍，勘测，搜救，教学演示等方面具有非常好的应用发展前景。

目前市面上见到的微型无人直升机多为单一电池供电。由于电池储能有限，导致微型无人直升机续航能力不足，若单纯采用太阳能，则该微型无人直升机的供电需要较大体积的太阳能板，很难不超出该飞行器载重能力，亦不可行。而本太阳能混合动力微型无人直升机采用太阳能与蓄电池混合动力较好地提高了飞机续航能力，并且清洁环保，无环境和噪音污染，也便于日常维护保养，具有很大的实用和研究价值。

1.6.2 创新点

根据蓄电池电量情况自动选择切换供电模式，延长续航时间。推广节能、环保理念。

1.6.3 工作进度

已完成程序的编写，调试没有发生错误。

五．参考文献

[1]熊巍、张存泉. 我国太阳能技术发展概况与应用前景[J].中国建设动态. 阳光能源， 2005；

[2] 刘卓、刘克富、赵海洋、李志豪. 《智能太阳能最大功率跟踪系统》- 《光源与照明》- 2010

[3]包套图. 混合动力（太阳能电池—蓄电池）电动汽车能量控制策略研究[J].中国高新技术企业，2009；

[4]苏建徽等. 具有恒压跟踪功能的新型太阳能充电器的研究与设计[J]. 电源技术应用，2002；

[5] 伍艮常. 《电动车用蓄电池的选取及充电方法的研究》- 《中国科技信息》- 2009

[6] 李蓓、袁义、王映林、陈志彬. 《蓄电池初始充电电流与充电接受率的研究》 《蓄电池》- 2008

[7]马胜红、陆虎俞. 太阳能光伏发电技术_4_储能蓄电池.Popular Utilization of Electricity，2006；

[8]杨钦慧. 太阳能蓄电池混合电力调节器开发. 电工电气，2010；

[9]朱理. 基于单片机的光电能量转换数据采集系统设计. 压电与声光，2010；

[10]唐开、牛威. 太阳能光伏发电系统蓄电池和蓄电池组设计. 数字通信，2011；

[11]海涛.A Tmega 系列单片机原理及应用C 语言教程，2008

[12] 邵卫超 、朱凌. 《基于MA TLAB 的光伏电池阵列MPPT 仿真研究》- 《电源技术》- 2012

[13].Philip E.Allen,Douglas Holberg.CMOS Analog Circuit Design.Pubilshing House of Electronies I ndustry ,2005.

[14].Koutroulis,E.,Kalaitzakis,K.Novel battery charging regulation system for Photovoltaic applieation s .IEE Proeeedings Electric Power Applieations,V olume 151,Issue 2,Mar 2004.