毕业设计(论文)--基于双电机耦合动力系统的最优动态控制策略的设计.doc

基于双电机耦合动力系统的最优动态控制策略的设计1.绪论将电动汽车运用于公共交通领域是减少空气污染和解决石油资源短缺的一个好途径。发展电动公共汽车对节能减排和电动汽车产业都有显著的意义。对高动力驱动系统控制策略是发展电动公共汽车的关键技术之一。由行星齿轮实现的双电机耦合驱动系统是实现高动力驱动的有效途径。当然，由于双电机耦合系统的性质，其控制策略相比传统汽车更复杂。因此，在设计出最后的样机之前，应该用系统级的车辆仿真方法进行准确的选型和匹配，研究和制定有效的节能控制方法。用于电动汽车的电源控制策略可大致分为三类（见[1,2]）。第一种采用启发式控制技术，如控制规则/模糊逻辑/用估计和控制算法开发神经网络等（见[3,4]）。第二种方法是基于静态的优化方法（见[5,6]）。执行优化时，第三种电动车的控制算法考虑了系统的动态特性（见[7-9]）。另外，该优化是考虑的是时间范围，而不是时间瞬间。在一般情况下，从动态优化方法得到的动力分割算法在瞬态条件下更准确但计算上更复杂。在本文中，动态规划技术被用来求解双电机耦合动力系统的最优控制策略问题。在一个驾驶循环中，其最优控制策略是根据定义的成本函数的最小值而获得的。两种工况的最优控制策略得到解决：一种只考虑能量损失，第二种是考虑能量损耗/切换频率。这两种工况的比较还提供了当乘坐舒适性被作为额外目标添加时系统所需的改变。然而，动态规划控制由于自身的预览性质和需要繁重的计算，其控制策略不太好实现。在另一方面，动态规划又是用来分析、评估和调整控制策略的好工具。在我们仔细学习了动态规划解决方法的特性后，提取了可执行的规则。这些规则被用来改善一些简单的，基于直觉的算法。并且发现，基于规则的算法可以显著改善。图1双电机耦合驱动电动公交车的驱动结构表1实验车和双电机耦合驱动系统的参数名称数值单位汽车质量(Mvehicle)18000千克轮胎半径(r)0.4785米滚动阻力系数(f)0.015无迎风面积(A)7.5438平方米空气阻力系数(CD)0.8无主减速比i06.34无电动机最大扭矩(Tmax)410牛米电动机最大转速(Nmax)6000转/每分钟PGT特征参数(K)3.5无本文的结构安排如下。在第2节，描述双电机耦合驱动电动公交车模型，随后解释基于规则的初级控制策略。第3节介绍动态优化问题和动态规划程序。第4节给出对于能量损失工况和能量损失/切换频率工况优化情况下的优化结果。第5节描述了改进后的基于规则的控制策略的设计。最后，第6节给出结论。2.双电机耦合驱动电动公交车的结构和基于规则的初级控制策略2.1双电机耦合驱动电动公交车的结构和模型实验车辆是普通的公交车，但它的发动机和传动部分被北京理工大学研制的双电机耦合驱动系统所代替[10]。公交车的结构如图1所示，其动力来源是主电机和副电机，两个电机通过行星齿轮系统耦合在一起。其中，主电机连接太阳轮，副电机连接齿圈，耦合后的动力通过传动系统由行星架传向车轮。图1中B代表可以通过锁定齿圈平滑实现模式切换的湿式离合器。实验车和双电机耦合驱动系统的参数见表1。2.2基于规则的初级控制策略与混合动力汽车相比，纯电动汽车的动力管理策略似乎简单得多，因为大多数纯电动汽车只有一个驱动电机，这意味着电动机的输出功率直接由驾驶员所要求的功率来确定。在双电机耦合驱动系统中，有四个可能的操作模式：单电机驱动模式、双电机驱动模式、单电机再生制动模式、双电机再生制动模式。为了降低能量损耗，动力管理控制器必须在满足驾驶者需求的同时，确定操作模式和两个动力源适当的动力分配比例。当系统是在双电机条件工作时，耦合情况可以根据驱动系统的结构分为转矩耦合和转速耦合。转矩耦合驱动系统的动力源的动力分配可以通过确定扭矩分配来实现，同时，转速耦合驱动系统的动力源的动力分配可以通过确定两个动力源之间的速度比来实现。基于规则的简单动力控制策略是由简单的汽车驱动特性分析和汽车动力需求发展来的[11]，这是一种非常受欢迎的电动车设计方法。根据车辆状态，该控制器的操作是由两个控制模式中的一个来确定：模式切换控制和功率分配控制。下面对每个控制规则的基本逻辑进行说明。模式切换控制该模式基于驱动系统的工作性能和电动机的效率图，如果车辆速度超过vp+或低于vp-，采用模式切换控制策略，以确定辅助电机是否工作，如公式（2）所示。vp+和vp-的关系如下所示：（1）从单电机驱动转换为双电机驱动：从双电机驱动转换为单电机驱动：（2）其中速度差A是为了避免模式连续的切换，因为这会影响汽车的乘坐舒适性。功率分配控制该模式匹配的是转速耦合驱动系统，其功率分配比与速度比成正比。同样，在该模式下有两种情况：在单电机工作时，其驱动系统不需要动力分配控制，主电机将根据车速和油门/刹车的运动提供所有需要的功率。在双电机工作时，考虑到电