随着传统能源的逐渐匮乏及环境污染的日益加剧,人类对新能源和环保问题更加重视。传统燃油动力无人飞机因耗油、污染和噪声的因素,未来发展将受到限制,纯电动无人飞机无污染但受限于当前电池能量的密度约束,所以混合动力无人飞机应运而生,既结合了燃油动力无人飞机的动力性,又弥补了纯电动无人飞机的续航能力和负载能力的不足。本文对混合动力无人飞机的能源管理系统进行设计与研究,对发电机整流系统、电池组管理系统和能源管理策略等的关键技术展开研究,以满足系统的动力性和经济性,同时提升系统的直流母线电压的稳定性。本文主要研究内容如下:首先,对混合动力系统的总体方案进行设计。论述了三种不同的混合动力结构,比较了各种结构的优缺点,最终选择串联式混合动力结构。综合考虑无人飞机的动态特性和结构模式要求,选择发动机-发电机组作为系统主能量源,锂电池组作为辅助电源,并对各能源模块进行配置选型。其次,进行永磁同步发电机整流器系统研究,搭建了永磁同步发电机和PWM整流器的数学模型,选用了SVPWM调制方法。对i_d=0和单位功率因数控制策略进行理论研究,分析永磁同步发电机在不同控制策略下的稳态特性,提出了一种适用于串联式混合动力系统的复合控制策略,在低负载下采用i_d=0控制策略减少电机内部损耗,高负载下采用单位功率控制策略提升发电系统的效率和功率因数。最后分别对两种控制策略和复合控制策略进行仿真,验证了永磁同步发电系统具有良好的电压稳定性和复合控制策略提升了发电系统的功率因数。然后,研究了储能锂电池管理系统,采用安时积分和电压开路复合算法来精确估算电池剩余电荷量,为电池均衡技术和电池充放电控制提供理论参考。针对传统的电池均衡技术难以满足混合动力无人飞机的需求,提出了一种主被动均衡充电控制技术,加快了均衡速度,降低了电池均衡过程的损耗。选用Buck-Boost变换器作为锂电池组能量双向传输电路,研究了其充放电控制策略,以满足储能锂电池组在负载不同下的工作模式切换要求,提高系统在运行过程中的动态性能,并进行了仿真验证。接着,设计混合动力无人飞机能源管理系统的控制策略,根据系统不同的工作状态建立有限状态机控制策略,快速准确控制双向DC/DC变换器的工作模式,合理分配混合动力输出功率,确保混合动力系统的运行稳定性,仿真验证了控制策略的可行性。最后搭建了混合动力无人飞机能源管理系统的实验样机,并给出了系统硬件设计及软件流程设计,包括各模块硬件电路设计和软件设计流程。实验结果验证了本课题采用的整流控制策略、双向DC/DC控制方法及能源管理控制策略的可行性。