【摘要】：隨著國民經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量快速增長,傳統(tǒng)行業(yè)與新技術(shù)的融合程度進(jìn)一步深入。以微型電動旋翼無人機(jī)為代表的新技術(shù)在諸多傳統(tǒng)行業(yè)(諸如國防、影視和物流等)中的創(chuàng)新性應(yīng)用引領(lǐng)行業(yè)升級與模式轉(zhuǎn)變。電池組作為微型電動旋翼無人機(jī)的唯一能量來源,其可靠性和安全性是微型電動旋翼無人機(jī)無故障運(yùn)行的重要保障。電池管理系統(tǒng)是保證電池組長期穩(wěn)定安全運(yùn)行的關(guān)鍵設(shè)備,經(jīng)歷了分立型、模擬集成型和數(shù)模混合集成型三個階段。本文設(shè)計(jì)了一款基于數(shù)�；旌霞呻娐返奈⑿碗妱有頍o人機(jī)電池管理系統(tǒng),詳細(xì)闡述其工程設(shè)計(jì)方案和具體實(shí)現(xiàn)方法。分析了多種電池剩余電量的估算方法,對21種電池剩余電量估算方法進(jìn)行對比研究,并最終選用支持向量機(jī)的電池剩余電量估算方法。采用NASA公布的電池充放電數(shù)據(jù)集,評估該估算方法的性能。首先,確定微型電動旋翼無人機(jī)電池管理系統(tǒng)的功能與性能指標(biāo),并完成硬件選型、算法評估和總體方案設(shè)計(jì);其次,進(jìn)行電池管理系統(tǒng)的硬軟件設(shè)計(jì)。在硬件設(shè)計(jì)方面完成前端模擬模塊、主控模塊和無線通訊模塊的硬件電路設(shè)計(jì)與調(diào)測。在軟件設(shè)計(jì)方面完成驅(qū)動層、中間件層和應(yīng)用層的軟件設(shè)計(jì)與調(diào)測;最后,結(jié)合美國《USABC電動汽車電池試驗(yàn)手冊》測試標(biāo)準(zhǔn)和微型電動旋翼無人機(jī)的飛行工況特點(diǎn),設(shè)計(jì)微型電動旋翼無人機(jī)電池組測試用典型工況。搭建實(shí)際測試平臺完成模擬工況實(shí)驗(yàn),使用支持向量機(jī)完成在不同工況下剩余電量的估算。實(shí)際系統(tǒng)測試結(jié)果表明,該系統(tǒng)運(yùn)行良好,達(dá)到設(shè)計(jì)方案各項(xiàng)要求。
【學(xué)位授予單位】：西安工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：V279
【圖文】：

兵．逡逑圖１．４小精靈Ｐｈａｎｔｏｍ邐圖１．５極飛Ｐ３０逡逑１．２微型電動旋翼無人機(jī)ＢＭＳ關(guān)鍵參數(shù)研究現(xiàn)狀逡逑近年來，國內(nèi)外各大學(xué)實(shí)驗(yàn)室和無人機(jī)公司對微型電動旋翼無人機(jī)的ＢＭＳ進(jìn)行廣泛逡逑而深入的研宄。研宄內(nèi)容主要就電池管理系統(tǒng)安全功能、優(yōu)化ＳＯＣ估算精度、提高電池逡逑使用壽命等方面進(jìn)行了研宄。邐ｚ逡逑１．２．１國外研究現(xiàn)狀逡逑國外對于無人機(jī)ＢＭＳ及其關(guān)鍵參數(shù)研宄相對起步較早，以大學(xué)、研宄中心科研團(tuán)隊(duì)逡逑與無人機(jī)公司為主，提出多種高精度檢測無人機(jī)電池狀態(tài)與提高無人機(jī)電池使用壽命研逡逑究方案，研宄的廣度與深度廣泛且深刻。同時(shí)也取得了豐碩的成果。逡逑２０１１邋年，美國邋“ＮＡＳＡＬａｎｇｌｅｙＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒ”邋研究中心的邋ＢｈａｓｋａｒＳａｈａ【８１邋等人通過逡逑基于模型的電池ＳＯＨ預(yù)估的方法研究，使得微型電動旋翼無人機(jī)在不同飛行工況下，均逡逑可通過計(jì)算獲得電池ＳＯＨ的預(yù)估結(jié)果，從而延長電池使用壽命。逡逑２０１７年

邐邋２微型電動旋翼無人機(jī)電池管理系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)２微型電動旋翼無人機(jī)電池管理系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)逡逑１電池管理系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)逡逑微型電動旋翼無人機(jī)電池管理系統(tǒng)需要實(shí)時(shí)檢測電池狀態(tài)、保護(hù)電池組安全現(xiàn)電池?cái)?shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸功能。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)旨在完成此類無人機(jī)的ＢＭＳ設(shè)計(jì)，搭建機(jī)電池耗能工況的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，從而對系統(tǒng)各項(xiàng)功能及參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行檢測。系統(tǒng)測試案如圖２．１所示。逡逑

系統(tǒng)應(yīng)用層由數(shù)據(jù)采集、日志管理、人機(jī)接口、數(shù)據(jù)存儲、參數(shù)估計(jì)和數(shù)據(jù)通信六部逡逑分功能組成，完成系統(tǒng)所有功能。根據(jù)微型電動旋翼無人機(jī)ＢＭＳ硬件的模塊化設(shè)計(jì)，軟逡逑件程序也將采用模塊化設(shè)計(jì)，如圖２．２所示。逡逑Ｉ邋邐邐邋Ｉ逡逑＊邐￣數(shù)據(jù)采集￣邋￣人機(jī)接口￣￣邋＾數(shù)據(jù)存儲１逡逑Ｉ邐應(yīng)用層＝－＝—＾邐＼＝＝４邐Ｈ邐｜逡逑Ｉ邋＆邐日志管理邐參數(shù)估計(jì)邐數(shù)據(jù)通信邐｜逡逑Ｉ邐中間件層邐｜邋ＣＰＬＡ通訊協(xié)議邐｜邋Ｌｏｒａ通訊協(xié)議邐詳見邋１逡逑Ｉ邐邐邋邐邋３．２．３邋Ｉ逡逑｜邋件邐｜逡逑Ｉ邐ｒ———＾￣Ｆ＝＝＝ｉ￣ｐ＝＝＝ｉ邐Ｉ邋Ｉ逡逑｜邐驅(qū)動層邐前端模擬邐ＢＭＳ主控邐數(shù)據(jù)傳輸邐詳見丨逡逑Ｉ邐丨．邐——Ｉ邐Ｉ邋■邐」邋Ｉ邋．邐３．２．２邐｜逡逑Ｉ邋邐邐邋－邐￣￣邐—邐－邐－邐邐邐邋Ｉ逡逑！邋Ｓ邋硬件層邋｜前端模塊邐｜主控模塊邋｜通訊模塊邐詳見｜逡逑｜什邐丨邐」邐邋１１邐３．１邐－逡逑圖２．２電池管理系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)框圖逡逑２．邋１．邋１前端模擬模塊選型與設(shè)計(jì)逡逑前端模擬主要是以選擇合適的電池管理芯片為核心，根據(jù)上述微型電動旋翼無人機(jī)逡逑ＢＭＳ所述實(shí)際要求選擇最合適的前端模擬。以上器件各參數(shù)性能對比如表２．１所示：逡逑邐表２．１邋電池管理芯片參數(shù)性能對比表邐逡逑？

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