混合動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)建模及優(yōu)化控制研究.pdf

1、隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源問題逐漸成為一個(gè)戰(zhàn)略問題。在石油價(jià)格持續(xù)增長(zhǎng)和全球變暖趨勢(shì)的影響下，世界各國(guó)對(duì)節(jié)能減排提出了更高的要求。汽車作為燃油消耗及溫室氣體排放大戶，如何改善其燃油經(jīng)濟(jì)性和排放已成為當(dāng)務(wù)之急。
　　集成了發(fā)動(dòng)機(jī)及電動(dòng)機(jī)的混合動(dòng)力汽車在保持傳統(tǒng)汽車優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，又提高了燃油經(jīng)濟(jì)性，被認(rèn)為是中短期內(nèi)解決節(jié)能減排問題的最佳選擇。混合動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)由常規(guī)變速箱集成電機(jī)組成，是一個(gè)機(jī)電液耦合的復(fù)雜系統(tǒng)，國(guó)內(nèi)外對(duì)混合動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的能量管

2、理等方面做了大量的研究，但對(duì)于復(fù)雜傳動(dòng)系統(tǒng)建模及控制、工況切換、擋位切換、乘坐舒適性等方面均較少研究。結(jié)合國(guó)內(nèi)外在車輛建模、優(yōu)化控制等方面的研究成果，對(duì)混合動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了分析，重點(diǎn)研究了系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)特性分析及建模方法、極端工況下的控制、狀態(tài)切換優(yōu)化等問題，所提出的方法具有很強(qiáng)的通用性，可用于其它類型車輛建模及優(yōu)化控制。
　　本文首先建立了混合動(dòng)力車輛的動(dòng)態(tài)特性模型，并對(duì)影響操作性和工況切換過程平順性的子系統(tǒng)進(jìn)行了重點(diǎn)研究

3、。由于非線性部件廣泛存在于傳動(dòng)系統(tǒng)中，基于凈貢獻(xiàn)判據(jù)提出了一種非線性系統(tǒng)的線性參數(shù)模型遞歸辨識(shí)算法，通過迭代求解實(shí)現(xiàn)了模型項(xiàng)的增加、減少和系數(shù)矩陣的更新，并可同時(shí)得到模型結(jié)構(gòu)和參數(shù)，仿真結(jié)果表明所提出的算法具有很高的辨識(shí)精度和數(shù)值穩(wěn)定性。
　　根據(jù)杠桿等效原理，建立了基于鍵合圖的綜合分析方法，并將之用于某雙模式混合動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的特性分析及建模，將行星傳動(dòng)等復(fù)雜傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)分析統(tǒng)一于同一過程中;由于傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，很多

4、部件的參數(shù)很難通過測(cè)量得到，本文研究了一種基于測(cè)試數(shù)據(jù)的模型參數(shù)辨識(shí)方法，采用遺傳算法結(jié)合鍵合圖分析結(jié)果辨識(shí)模型參數(shù)，所提出的方法同樣也可用于類似系統(tǒng)模型辨識(shí)和控制參數(shù)優(yōu)化。
　　狀態(tài)反饋控制和模糊控制在數(shù)學(xué)上具有一定的聯(lián)系，通過分析，提出了一種全新的狀態(tài)反饋控制器設(shè)計(jì)方法，結(jié)合模糊邏輯，設(shè)計(jì)了模糊-狀態(tài)反饋控制器，并將之用于時(shí)滯非線性系統(tǒng)的鎮(zhèn)定和對(duì)給定信號(hào)的跟蹤。與常規(guī)的狀態(tài)反饋控制器相比，參數(shù)選取方便，控制器響應(yīng)速度快，魯棒性

5、更強(qiáng)。
　　為了提高雙模式混合動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的效率，根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析結(jié)果，提出了傳動(dòng)系統(tǒng)輸入、輸出速比控制的概念，并以此為基礎(chǔ)，綜合考慮發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率及傳動(dòng)系統(tǒng)的效率，得到了整車燃油經(jīng)濟(jì)性瞬時(shí)最優(yōu)情況下發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行工況點(diǎn)。研究發(fā)現(xiàn)通過減小傳動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)部的能量循環(huán)，能夠顯著提高傳動(dòng)系統(tǒng)的效率和車輛的燃油經(jīng)濟(jì)性。
　　針對(duì)采用AMT(Automated Manual Transmission)的某并聯(lián)混合動(dòng)力車輛在運(yùn)行工況切換和擋位切

6、換過程中存在的沖擊較大等問題，本文基于最優(yōu)控制的相關(guān)理論，提出了一種離合器接合過程最優(yōu)跟蹤曲線的設(shè)計(jì)方法，并研究了解耦控制算法實(shí)現(xiàn)對(duì)優(yōu)化曲線的跟蹤，離合器接合平穩(wěn)、快速，大大減小了沖擊。
　　離合器及其驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是一個(gè)非線性系統(tǒng)，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)其運(yùn)動(dòng)的精確控制，研究了一種非線性最優(yōu)控制算法，首先通過偽線性化得到系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型，由于模型的參數(shù)為時(shí)變參數(shù)，會(huì)隨著系統(tǒng)狀態(tài)的變化而改變，控制器通過每一步求解Riccati方程得到最優(yōu)控制律，

7、從而實(shí)現(xiàn)運(yùn)行工況切換或換擋過程中離合器位移的精確控制，充分滿足了混合動(dòng)力車輛對(duì)過渡工況快速性和平順性等方面的需求。
　　二次型最優(yōu)指標(biāo)函數(shù)權(quán)重矩陣通常由經(jīng)驗(yàn)法得到，基于輸出協(xié)方差約束，研究了一種Q和R的計(jì)算方法，保證控制器穩(wěn)定的同時(shí)，對(duì)系統(tǒng)中的過程噪聲也具有很強(qiáng)的抑制能力。
　　非線性最優(yōu)控制器在應(yīng)用過程中的每一步都需要求解狀態(tài)相關(guān)Riccati方程，為了滿足實(shí)際系統(tǒng)應(yīng)用的需要，研究了一種基于矩陣向量化和牛頓梯度的迭代方法求

8、解Riccati方程。為了滿足算法快速收斂的需要，考慮到系統(tǒng)狀態(tài)變化的連續(xù)性，迭代求得的Riccati方程解將被作為初始值代入下一狀態(tài)相關(guān)Riccati方程的求解過程中。與常規(guī)的方法相比，該方法大大加快了方程的求解速度，為控制器的實(shí)時(shí)應(yīng)用提供了前提。
　　為了加快離合器的接合過程，同時(shí)減小傳動(dòng)系統(tǒng)輸出軸的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，提出了一種耦合雙滑?？刂扑惴?，通過協(xié)調(diào)控制發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，減小了運(yùn)行工況和擋位切換過程中的沖擊，提高了乘坐舒適