基于能量管理策略的太阳能无人机航迹跟踪控制

协调高空长航时太阳能无人机的高空作业任务与长期能源利用效率之间的冲突,是无人机控制的核心问题之一.基于太阳能无人机的能量获取、储存与消耗存在紧密的耦合关系,提出了一种综合能量管理策略和航迹跟踪控制的方法.基于建立的太阳能无人机三维质点运动模型、储能电池模型以及太阳能获取模型,根据太阳能无人机的气动参数以及太阳能无人机典型的平飞、爬升、下降等运动过程,设计了太阳能无人机能量管理策略,确定了太阳能无人机在不同飞行阶段能量获取、存储与消耗的分配机制及最优飞行参数;利用重力势能储存多余太阳能,进而进行基于高度调整的能量管理,实现对太阳能无人机在不同光照和能量状态下的纵向跟踪控制.同时,结合太阳能无人机横侧向运动的任务要求,通过对太阳能无人机的质点动力学方程进行解耦,建立了基于反馈线性化方法航迹跟踪控制方法,实现太阳能无人机在横侧向的航迹跟踪控制.24 h时间闭合仿真表明,该方法可满足储能电池的最低能量剩余要求以及航迹跟踪控制要求.