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        機電復(fù)合傳動系統(tǒng)實時功率分配優(yōu)化控制研究

        2016-05-30 17:57:45孫永豐錢錕
        科技尚品 2016年8期
        關(guān)鍵詞:優(yōu)化控制分配

        孫永豐 錢錕

        摘 要:文章分別從機電復(fù)合傳動系統(tǒng)的構(gòu)成及其仿真模型的建立兩個角度出發(fā),對系統(tǒng)進行了深入的介紹,以此為基礎(chǔ),重點闡述了基于MPC的機電復(fù)合傳動實時功率分配的優(yōu)化控制策略,目的在于通過優(yōu)化控制策略的實施,能夠進一步提高傳動系統(tǒng)的運行效率、使其實時性能夠得到最大程度的保證。

        關(guān)鍵詞:機電復(fù)合傳動系統(tǒng);實時功率;分配;優(yōu)化控制

        在車輛運行過程中,傳動系統(tǒng)起著重要的作用。機電復(fù)合傳動系統(tǒng)屬于傳動系統(tǒng)的一種特殊形式,系統(tǒng)運行的主要目的在于提高車輛的靈活性,同時達到減小功率消耗、節(jié)約燃油的目的。對機電復(fù)合傳動系統(tǒng)實時功率的分配優(yōu)化控制過程的分析能夠使上述目的得以達成,因此也就能夠為車輛性能提供更大的價值。

        1 機電復(fù)合傳動系統(tǒng)構(gòu)成

        根據(jù)車輛的大小以及類型的不同,其機電復(fù)合傳動系統(tǒng)的構(gòu)成也不盡相同,以雙模式機電復(fù)合傳動系統(tǒng)為例,這一系統(tǒng)類型主要適用于大型車輛

        雙模式機電復(fù)合傳動系統(tǒng)的構(gòu)成主要包括電池組、電機、發(fā)動機以及離合器與制動器4個部分組成。其中電池組主要有一個,功能在于為傳動系統(tǒng)功能的實現(xiàn)提供電力。發(fā)動機的數(shù)量同樣為一個,作為車輛的核心部分,其功能主要在于為車輛的形式提供足夠的動力。電機有兩個,分別為電機A與電機B。離合器有兩個,分別為CL0與CL1。制動器B1數(shù)量為1個。上述不同的部分通過互相連接共同組成了雙模式的機電復(fù)合傳動系統(tǒng),并通過互相配合使得傳動功能得以實現(xiàn)。

        2 機電復(fù)合傳動系統(tǒng)仿真模型的建立

        在對機電復(fù)合傳動系統(tǒng)進行開發(fā)的過程中,為了最大程度的節(jié)約成本,進行相應(yīng)的仿真實驗十分必要。仿真實驗需要以事實為依據(jù)來完成,即實驗的設(shè)定要與實際系統(tǒng)的設(shè)計情況完全吻合。

        2.1 建模方法

        機電復(fù)合傳動系統(tǒng)仿真模型的建立方法主要包括兩種,分別為后向仿真與前向仿真后向仿真與前向仿真的主要區(qū)別在于仿真順序不同,同時,相對于后者而言,前者不存在駕駛員模塊。在后向仿真過程中,首先需要假設(shè)車輛處于循環(huán)公開的情況下,按順序分別對車輪、傳動部件、控制器以及動力源進行計算,從而完成仿真實驗過程。前向仿真不存在循環(huán)工況,需要駕駛員按照工況的需求進行駕駛,并完成從控制器到動力源、傳動部件與車輛各參數(shù)的計算過程,從而結(jié)束仿真實驗。在對方案進行選擇的過程中,需要根據(jù)實驗具體決定。文章主要采取了前向仿真的方式對機電復(fù)合傳動系統(tǒng)的實時功率問題進行了分析。

        2.2 模型的建立

        在確定仿真方案后,需要做的便是建立相應(yīng)的模型,其中發(fā)動機模型、動力耦合機構(gòu)模型、電機模型、動力電池組模型以及駕駛員模型都屬于需要重點建立的部分。每一模型的建立都需要充分考慮其具體的特點。

        駕駛員模型的構(gòu)建需要考慮車輛的形勢速度、空氣阻力、迎風(fēng)面積以及坡度阻力等多方面因素,這樣才能保證模型的構(gòu)建能夠與實際情況相符合。

        3 基于MPC的機電復(fù)合傳動實時功率分配優(yōu)化控制

        3.1 MPC簡介

        模型預(yù)測控制,簡稱MPC,其產(chǎn)生時間相對較短,但實踐證明,其應(yīng)用價值值得肯定。相對于其他算法而言,模型預(yù)測控制在計算過程中具有過程簡單的特點,同時其控制效果也相對較好,因此目前已經(jīng)被應(yīng)用到了工業(yè)等產(chǎn)業(yè)的控制系統(tǒng)中,并對系統(tǒng)功能的穩(wěn)定發(fā)揮帶來了積極的促進作用。將其應(yīng)用到機電復(fù)合傳動實時功率分配優(yōu)化控制過程中,對于保證算法的可靠性具有極大的價值,同時,在這一基礎(chǔ)上,優(yōu)化控制過程的實現(xiàn)也會相對容易。

        3.2 基于MPC的機電復(fù)合傳動實時功率分配優(yōu)化模型

        基于MPC的機電復(fù)合傳動實時功率分配優(yōu)化模型的建立需要在了解發(fā)動機油耗的基礎(chǔ)上進行,發(fā)動機瞬間油耗模型為:,其中Te代表發(fā)動機轉(zhuǎn)矩,We代表發(fā)動機轉(zhuǎn)速。通過將相應(yīng)的系數(shù)代入到模型當(dāng)中,最終能夠得出瞬間油耗的值。除此之外,想要得出系統(tǒng)優(yōu)化模型,還應(yīng)具備電池組模型與不同模式下的系統(tǒng)動力耦合機構(gòu)動力學(xué)模型。將上述模型與車量動力學(xué)方程相結(jié)合,能夠得出不同模式下的系統(tǒng)的優(yōu)化模型。通過對模型的簡化,最終所得到的系統(tǒng)優(yōu)化模型如下:

        3.3 性能測試

        為保證系統(tǒng)優(yōu)化模型能夠達到對機電復(fù)合傳統(tǒng)系統(tǒng)實時功率進行優(yōu)化控制的目的,實施相應(yīng)的性能測試非常必要。本次實驗所采取的性能測試方法為實車測試,即將所得到的優(yōu)化控制策略真正應(yīng)用到了實車駕駛過程中。

        實車實驗前需要做好相應(yīng)的準(zhǔn)備:首先需要對車輛的機電復(fù)合傳動裝置進行檢查,要保證其性能良好,不存在故障,同時還要保證系統(tǒng)的各項參數(shù)均在正常范圍內(nèi),各線路均連接正常。其次,實驗開始之前半個小時需要對車輛進行預(yù)熱,以保證其能夠直接進入到測試的狀態(tài)。最后,要控制好電機過載問題,不同的實驗對電機過載的允許程度不同。

        實驗完成之后發(fā)現(xiàn),通過對系統(tǒng)優(yōu)化控制策略的應(yīng)用,車輛的動力性能得到了一定程度的提高,同時實時功率的分配效果也得到了極大程度的改善。

        4 結(jié)論

        綜上,對機電復(fù)合傳統(tǒng)系統(tǒng)實時功率優(yōu)化控制過程的實現(xiàn)需要通過建立機電復(fù)合系統(tǒng)功能模型以及相應(yīng)的優(yōu)化模型來實現(xiàn),除此之外,相應(yīng)的仿真實驗以及性能測試也必不可少。通過對優(yōu)化模型的建立以及性能測試發(fā)現(xiàn),該優(yōu)化模型對于實時功率的優(yōu)化控制水平的提高能夠起到較好的效果。

        參考文獻

        [1]鄭海亮.機電復(fù)合傳動系統(tǒng)實時功率分配優(yōu)化控制研究[D].北京理工大學(xué),2015.

        [2]張東好,韓立金,項昌樂,等.機電復(fù)合傳動最優(yōu)功率分配策略研究[J].汽車工程,2014,(11):1392-1398,1404.

        (作者單位:中國人民解放軍65185部隊)

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