机电复合传动多功率流预测控制技术研究

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1、机电复合传动多功率流预测控制技术研究贾世鹏2015年1月中图分类号：UDC分类号：机电复合传动多功率流预测控制技术研究作者姓名贾世鹏学院名称机械与车辆学院指导教师王伟达副教授答辩委员会主席闫清东教授申请学位工学硕士学科专业机械工程学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年1月StudyonPredictiveControlTechnologyfortheMulti-powerofElectro-MechanicalTransmissionCandidateName：JiaShiPengSchoolorDepartment:MechanicalEnginee

2、ringFacultyMentor:Assoc.Prof.WangWeidaChair,ThesisCommittee：Prof.YanQingdongDegreeApplied:MasterofEngineeringMajor：MechanicalEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：January,2015北京理工大学硕士学位论文摘要能源危机和环境污染是当今世界所面临的两大挑战，混合动力汽车具有低油耗、低排放的特点，并且不受里程限制，被认为具有很好的产业化前景。机电

3、复合传动是混合动力汽车动力系统的重要型式，能量管理策略设计是混合动力汽车设计的重要环节，也是实现节能减排的关键技术之一，因此能量管理策略成为混合动力汽车研究的重点。基于全局优化和瞬时优化的能量管理策略研究较多，各有优劣。基于模型预测控制的混合动力汽车控制策略可以提前预测未来系统的运行状态，并对控制量进行优化，充分发挥混合动力汽车低油耗，低排放的优良性能。本文将针对机电复合传动系统的模型预测控制策略进行研究。本文以双模式机电复合传动系统为研究对象，建立了机电复合传动系统的前向仿真模型，探讨了模型预测控制策略中的关键技术。针对模型预测控制的需要，建立了专门针对在线

4、控制需要的简化模型。分别研究了基于动态规划算法、二次规划算法及一维搜索控制算法在机电复合传动能量管理优化中的使用，确定了最具在线使用潜力的优化方法，建立了基于模型预测控制的机电复合传动能量管理策略。本文所做主要工作及结论如下：建立并完善了机电复合传动系统发动机、电机、电池、驾驶员、传动系统的数学模型，蓄电池充放电模型以及整车动力学模型。基于Matlab/Simulink平台，采用实验建模和理论建模相结合的方法建立和完善机电复合传动系统整车前向仿真模型。分别建立发动机、电机、动力电池、驾驶员以及整车动力学仿真模型。并依据模型控制器设计需要，对建立了相关模型的简化

5、模型。根据前向仿真的能量传递方向，基于上述部件模型，搭建机电复合传动系统简化的整车模型，为机电复合传动系统整车能量管理策略的验证提供了基础。提出了利用预测模型和根据历史数据拟合模型参数的方法，建立系统未来SOC预测模型，对系统未来运行状态进行预测。建立了以汽车当前时刻速度、油门踏板开度位置和电池状态为输入量，未来时刻速度或者电池SOC为输出量的基于滚动优化的预测模型。对模型预测控制关键技术进行分析，将预测模型分别与不同的滚动优化算法相结合，建立了基于模型预测控制且以燃油消耗和SOC平稳为目标函数进行滚动优化的控制策略，通过优化得到最优发动机控制转速转矩。并利用

6、基于机电复合传动系统整车仿真模型分别在UDDS、NEDC和重型车辆循环工况下对不同能量管理策略进行仿I北京理工大学硕士学位论文真，仿真结果表明，动态规划和二次规划滚动优化算法能够实现很好的燃油经济性和较好的SOC平稳性。不过由于运算量较大，仿真响应较长，实时性较差。一维搜索算法在燃油经济性和SOC平稳性方面表现较差，但是具有良好的实时性。故选定一维搜索作为模型预测控制策略的滚动优化算法。提出了基于一维搜索算法的模型预测控制的能量优化管理策略。建立了基于Fibonacci算法的模型预测控制策略，通过滚动优化得到最佳功率分配方案。分别分析不同预测对象、预测域长短、

7、控制域长短及权重系数对机电复合传动系统燃油经济性和SOC平稳性的影响。在其他权重系数及仿真平台不变的情况下，通过选取不同的预测对象，不同的权重系数设置方法，不同的预测域时间和不同的控制域时间，对机电复合传动系统控制策略进行仿真分析。关键词：机电复合传动系统；模型预测控制；二次规划；动态规划；一维搜索II北京理工大学硕士学位论文AbstractNowadaysResourceshortageandenvironmentpollutionaretwobigchallengesintheworld.Hybridelectricvehicle(HEV)isconsid

8、eredasthemostpromis