為了滿足連發(fā)型電磁彈射器機動靈活的要求,其儲能模塊必須實現(xiàn)較高的能量密度和功率密度。因此,設計了一種蓄電池（BAT）、超級電容（SC）和雙向DC-DC變換器組合的混合儲能系統(tǒng)（HESS）,提出充放電電路拓撲結構及模糊控制的能源管理策略,并進行了仿真分析。仿真結果表明,在相同條件下,相比于蓄電池單獨供電的儲能系統(tǒng),所提方案能有效減少蓄電池的數(shù)量,從而提高儲能系統(tǒng)的功率密度,且能降低超級電容的放電電流,縮短連續(xù)彈射間隔內的充放電時長,可提高連續(xù)彈射的速率,為提升無人機連發(fā)型電磁彈射器工作性能奠定了基礎。 

【文章來源】：電工技術學報. 2020,35(19)北大核心

【文章頁數(shù)】：9 頁

【部分圖文】：

連發(fā)型電磁彈射器Fig.1Continuouselectromagneticejectionsystem

第35卷第19期王湘等連發(fā)型電磁彈射器混合儲能系統(tǒng)及其能源管理策略4079{S、MS、M、MB、B}；Bsoc模糊論域范圍為[0,100]，模糊集為{S、M、B}；Ssoc模糊論域范圍為[0,100]，模糊集為{S、M、B}；Kbat作為控制器唯一輸出量，其模糊論域范圍為[0,1]，模糊集為{S、MS、M、MB、B}。為提高模糊控制的靈敏度和精確度，防止在連續(xù)彈射期間出現(xiàn)過充/放電的情況，文獻[19]建議控制器采用非均勻分布的模糊隸屬度函數(shù)。圖5為輸入/輸出量的隸屬度函數(shù)。圖5輸入量與輸出量的隸屬度函數(shù)Fig.5Membershipfunctionsofinputsandoutputs2.2.2模糊推理當電機處于正常彈射狀態(tài)時，總結出模糊控制規(guī)則見表1。表1模糊控制規(guī)則Tab.1FuzzycontrolrulesKbatPreqSMSMMBBBSOC(SSOC=S)SBMBMMMMBBMBMBMBBBMBMBMBSOC(SSOC=M)SBBMBMSMSMBBBMMSBBBMBMMSBSOC(SSOC=B)SBMBMSSMBBMBMMSBBBMBMSMS2.3能量回饋制動若要求彈射臺能在設定距離內完成平穩(wěn)制動，實現(xiàn)軟著陸，且最大程度地回收能量，通過回饋制動的手段把動能轉為電能，反饋至儲能單元。目前主要以新能源汽車領域的旋轉電機制動回饋為主[20]。HESS采用的變換器選擇互補式PWM脈沖信號調節(jié)的控制方式。因此，升降壓過程是同時進行的，并無時間先后。在彈射階段，超級電容和蓄電池會分別提供目標功率，此時變換器為Boost狀態(tài)；在制動階段，能量回饋過程中，立即轉換成Buck模式，將多余的功率回饋至SC。選用電機功率的計算公式，可以得到能量回饋對超級電容的充電電流為escsc

4082電工技術學報2020年10月圖12系統(tǒng)彈射一次的放電仿真結果Fig.12Dischargesimulationresultsofsystemejectiononce圖13制動狀態(tài)下的超級電容電壓Fig.13Voltageofsupercapacitorunderbreakingstate對于本文提出的連發(fā)型電磁彈射器，如果僅用BAT供電，用單個質量為38kg，12V、100A·h的鉛酸蓄電池，則需要29個BAT串聯(lián)使用，且單個BAT的放電電流達到1760A。而采用本文所設計的混合儲能系統(tǒng)，則需17個BAT進行串聯(lián)，以及3個SC串聯(lián)使用，單個SC的質量為13.7kg，再加上兩個圖14超級電容充電過程仿真結果Fig.14Simulationresultsofsupercapacitorcharging變換器的質量為80kg，則總質量為767.1kg，達到了提高功率密度的目的。5結論本文針對連發(fā)型電磁彈射器脈沖負載特性，提出了將BAT、SC和DC-DC變換器組成混合儲能系統(tǒng)，基于模糊控制將功率分配給BAT與SC，最后對仿真結果進行對比分析，得到如下結論：1）由BAT、SC和DC-DC變換器組成的混合儲能系統(tǒng)可以滿足連發(fā)型電磁彈射系統(tǒng)對高機動性的要求，具備較高功率特性，且能滿足連發(fā)型電磁彈射系統(tǒng)的需求。2）所設計HESS有效地減少了蓄電池的使用數(shù)量，從而提高了功率密度，相比較蓄電池單獨供電的儲能系統(tǒng)0.51kW/kg的功率密度，此HESS功率密度為0.73kW/kg。3）提出的基于模糊控制的能源管理策略可以實現(xiàn)目標功率在各儲能單元之間合理分配，能夠有效地減小超級電容的放電電量，減少了彈射時間間隔。相對于單獨供電的超級電容組，HESS放電量減少26.35%。在給SC恒流充電階段，超

【參考文獻】：
期刊論文
[1]純電動客車復合儲能系統(tǒng)功率分配控制策略研究[J]. 周美蘭,馮繼峰,張宇,楊明亮,吳曉剛.  電工技術學報. 2019(23)
[2]有軌電車車載混合儲能系統(tǒng)動態(tài)比例分配策略[J]. 王玙,楊中平,林飛,李峰,安星錕.  電工技術學報. 2019(S1)
[3]基于云智能控制器的燃料電池最大功率跟蹤策略[J]. 楊德友,崔冬曉,蔡國偉.  電工技術學報. 2018(14)
[4]電磁發(fā)射用多級混合儲能充電策略優(yōu)化[J]. 李超,魯軍勇,馬偉明,江漢紅,龍鑫林.  電工技術學報. 2017(13)
[5]基于邏輯門限的混合動力客車復合電源分析（續(xù)1）[J]. 錢超,馮國勝,張小榮.  汽車工程師. 2017(06)
[6]基于Halbach永磁體陣列的無人機電磁彈射器雙邊型渦流制動[J]. 宋蕾,吳峻,楊宇.  電機與控制應用. 2016(07)
[7]一種電動車用無刷直流電機混合回饋制動控制方法[J]. 宋哲,王友仁,魯世紅,王強.  電工技術學報. 2016(06)
[8]無人機電磁彈射器的綜合制動方法[J]. 吳峻,楊宇,趙宏濤,鄧志雄.  國防科技大學學報. 2015(05)
[9]飛機電磁彈射系統(tǒng)發(fā)展及其關鍵技術[J]. 李小民,李會來,向紅軍,李治源.  裝甲兵工程學院學報. 2014(04)
[10]蓄電池與超級電容混合儲能系統(tǒng)的控制策略[J]. 張純江,董杰,劉君,賁冰.  電工技術學報. 2014(04)

碩士論文
[1]固定翼無人機電磁彈射器高功率密度驅動與儲能技術研究[D]. 黃勝軍.國防科技大學 2017



本文編號：3052703