Порівняльне вивчення динамічного програмування та Мінімальний принцип Понтрягіна щодо управління енергією

Подібні теми наукової статті з машинобудування, автор наукової статті - Цзоу Юань, Лю Тен, Сунь Фенчунь, Хуей Пен

Академічна наукова робота на тему "Порівняльне вивчення динамічного програмування та мінімальний принцип Понтрягіна щодо управління енергією для паралельного гібридного електромобіля"

Енергії 2013, 6, 2305-2318; doi: 10.3390/en6042305

мінімальний

Порівняльне дослідження динамічного програмування та мінімальний принцип Понтрягіна щодо управління енергією для паралельного гібридного електромобіля

11 1 2 Цзоу Юань *, Лю Тен, Сунь Фенчунь і Хуей Пен

1 Національна інженерна лабораторія електромобілів, кафедра машинобудування, Школа машинобудування, Пекінський технологічний інститут, Пекін 100081, Китай;

Електронні листи: [email protected] (L.T.); [email protected] (S.F.)

2 кафедра машинобудування, Мічиганський університет, Ен-Арбор, штат Мічіган 48109, США; Електронна пошта: [email protected]

* Автор, якому слід адресувати листування; Електронна пошта: [email protected]; Тел/факс: + 86-10-6891-5202.

Отримано: 23 січня 2013 р .; у переглянутій формі: 1 квітня 2013 р./Прийнято: 11 квітня 2013 р./Опубліковано: 22 квітня 2013 р

Анотація: У цій роботі порівнюються два оптимальні методи управління енергією для паралельних гібридних електромобілів, що використовують автоматичну механічну коробку передач (AMT). Спочатку будується модель, орієнтована на управління силовим агрегатом та динамікою автомобіля. Управління енергією сформульовано як типову проблему оптимального управління для компенсації споживання палива та частоти перемикання передач за допустимих обмежень. Для отримання оптимальних рішень застосовуються динамічне програмування (DP) та Мінімальний принцип Понтрягіна (PMP). Встановлюючи відповідні співтовариства, рішення PMP виявляється дуже близьким до рішення DP. Рішення для перемикання передач у ПМП має алгебраїчний вираз, пов'язаний із швидкістю руху автомобіля, і може бути ефективніше реалізований в алгоритмі управління. Час обчислення PMP значно менше, ніж DP.

Ключові слова: динамічне програмування; Мінімальний принцип Понтрягіна; гібридні електромобілі; стратегія перемикання передач

Завдяки гнучкості співпраці, яку запроваджують різні сховища енергії або джерела енергії, гібридні електромобілі (HEV) можуть зменшити споживання палива та викиди в порівнянні зі звичайними транспортними засобами. Щоб транспортний засіб залишався придатним для руху, загальна потужність акумулятора та двигуна повинна відповідати потребі енергії водія в кожен момент. Окрім цього точкового обмеження, є ще багато можливостей для керування двигуном та зарядом батареї для різних цілей оптимізації. Рішення щодо розподілу електроенергії, отримані в результаті стратегії енергоменеджменту, зазвичай вирішуються методами чисельної або аналітичної оптимізації.

З іншого боку, автоматична механічна коробка передач (AMT) була розроблена як потенційна заміна традиційної автоматичної коробки передач з перетворювачем крутного моменту, особливо на паралельних HEV. У цій роботі DP та PMP застосовуються для розробки оптимального управління паралельним гібридним автомобілем з AMT. Силова установка приймається як динамічна система з двома змінними стану,

SOC батареї та положення передачі AMT, а також дві незалежні змінні управління, сигнал дросельної заслінки двигуна та дія перемикання передач. Передача визначається як стан у цій оптимальній задачі управління, оскільки вона безпосередньо пов’язана з крутним моментом двигуна, і в задачі управління не слід пропускати дію перемикання передач. Результати PMP виявляються майже оптимальними, близькими до результатів DP, і співстани, що відповідають стану положення шестерні, мають алгебраїчний вираз, пов'язаний із швидкістю руху автомобіля, що призводить до глобальної майже оптимальної поведінки PMP і дає основний внесок у цю роботу.

Решта цієї статті організована таким чином: у Розділі 2 моделюється гібридна силова установка та формулюється задача оптимального управління. Застосовуються методи на основі DP та PMP, а результати аналізуються в розділі 3. Рішення DP та PMP порівнюються в розділі 4, а висновки - у розділі 5.

2. Моделювання гібридного силового агрегату

Принципова схема паралельного гібридного силового агрегату та його потоків потужності показана на малюнку 1, де Peq - запит на потужність, Pb - електрична потужність від акумуляторної батареї, а Pe - механічна потужність, виведена з дизельного двигуна, відповідно, mf Норма витрати палива, яка зазвичай визначається картою питомого споживання гальма (BFSC), отриманою в результаті стендового тесту. Стрілки ліній на малюнку 1 вказують напрямки потоків потужності. Крутні моменти двигуна та електродвигуна поєднуються перед AMT. Запропонований дизельний двигун об'ємом 7,0 л, що забезпечує максимальну потужність 155 кВт при швидкості 2000 об/хв та максимальний вихідний крутний момент 900 Нм у діапазоні швидкостей від 1300 об/хв до 1600 об/хв. Електричний двигун може видавати максимальну потужність 90 кВт, максимальний крутний момент 600 Нм та максимальну швидкість 2400 об/хв. Літій-іонний акумулятор на 60 Ач дає номінальну напругу 312,5 В. AMT оснащений дев'ятьма співвідношеннями: 12.11, 8.08, 5.93, 4.42, 3.36, 2.41, 1.76, 1.3 та 1. Власна вага автомобіля становить 16000 кг, радіус шини - 0.508 м, остаточний коефіцієнт - 4.769 і фасадна площа - 6,2 м2.