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混合動(dòng)力客車的建模和能源管理控制設(shè)計(jì)

隨著人們對(duì)運(yùn)輸行業(yè)中石油使用量和溫室氣體排放量關(guān)注程度的日益提高，尋找汽車動(dòng)力源的替代方法變得越來(lái)越重要。由于高效能和零排放，質(zhì)子交換膜（PEM）燃料電池系統(tǒng)對(duì)于能源的轉(zhuǎn)換具有潛在的可行性。對(duì)混合動(dòng)力客車進(jìn)行了建模和能源管理控制設(shè)計(jì)。通過(guò)兩步處理法得到了一個(gè)性能趨優(yōu)的車載能源管理策略，即針對(duì)不同循環(huán)工況，通過(guò)基于蓬特里亞金極小原理（PMP）的最優(yōu)控制來(lái)尋找全局最優(yōu)解，即耗油量最低點(diǎn)；為了發(fā)展適于車載系統(tǒng)、以自回歸移動(dòng)均值（ARMA）調(diào)節(jié)器方式運(yùn)行的實(shí)際控制器，對(duì)最優(yōu)結(jié)果進(jìn)行分析。

建立了基于能源的混合動(dòng)力客車車輛模擬器模型，模擬器的設(shè)計(jì)是為了進(jìn)行能量分析以及控制策略的發(fā)展。設(shè)計(jì)方法為在汽車內(nèi)部加入一個(gè)實(shí)時(shí)控制器，在多重循環(huán)工況下，應(yīng)用PMP尋找最優(yōu)解，通過(guò)對(duì)結(jié)果的觀察分析得到一個(gè)實(shí)際控制器。

通過(guò)對(duì)PMP控制器獲得的最優(yōu)控制結(jié)果進(jìn)行分析，其狀態(tài)變量的初值導(dǎo)致了最優(yōu)軌跡依賴于給定循環(huán)工況的劇烈程度，而在整個(gè)駕駛過(guò)程中，其狀態(tài)變量的變化是可以忽略不計(jì)的，所以最優(yōu)的燃料電池控制同樣依賴于循環(huán)工況的劇烈程度。

對(duì)應(yīng)用ARMA控制器以及最優(yōu)情況進(jìn)行了對(duì)比。結(jié)果表明，測(cè)試循環(huán)工況下，ARMA控制器表現(xiàn)良好，達(dá)到了次佳的燃油經(jīng)濟(jì)性標(biāo)準(zhǔn)，僅低于最優(yōu)情況3%；燃料消耗的總值對(duì)于控制器參數(shù)的改變不敏感；同時(shí)，控制器允許燃料電池系統(tǒng)有限的瞬變，以延長(zhǎng)整個(gè)系統(tǒng)的使用壽命。由于所需計(jì)算量小、占用內(nèi)存低，ARMA控制器可以很好地滿足車載裝置，有望在實(shí)車上實(shí)現(xiàn)。

刊名：Journal of Power Sources（英）

刊期：2014年第246期

作者：K. Simmons et al

編譯：薛雷