鄒仲來

摘 要：隨著全球石化資源的枯竭和二氧化碳排放量的增加，再加上環(huán)境污染、全球海平面上升等對(duì)人類生活的嚴(yán)重危害，人們也開始青睞新能源電動(dòng)汽車。由于其環(huán)保的特點(diǎn)，它已逐漸進(jìn)入我們的生活。作為一種新能源，動(dòng)力電池管理系統(tǒng)正在向智能化方向發(fā)展，對(duì)動(dòng)力電池的能量管理和控制進(jìn)行優(yōu)化也是非常重要和必要的。因此，研究動(dòng)力電池能量系統(tǒng)的建模方法具有重要意義。

關(guān)鍵詞：混合邏輯動(dòng)態(tài) 混雜系統(tǒng) 新能源動(dòng)力電池系統(tǒng)

Research on Application of Hybrid System Theory in New Energy Vehicle Energy System Modeling

Zou Zhonglai

Abstract：With the depletion of global petrochemical resources and the increase in carbon dioxide emissions， coupled with serious harm to human life such as environmental pollution and global sea level rise， people have begun to favor new energy electric vehicles. Due to its environmental protection characteristics， new energy electric vehicles have gradually entered our lives. As a new energy source， the power battery management system is developing towards intelligence， and it is also very important and necessary to optimize the energy management and control of the power battery. Therefore， it is of great significance to study the modeling method of power battery energy system.

Key words：hybrid logic dynamics， hybrid system， new energy power battery system

1 前言

隨著全球經(jīng)濟(jì)的復(fù)蘇和人們生活水平的提高，汽車已經(jīng)作為一種出行方式進(jìn)入了人們的生活。經(jīng)過100年的不斷更新和發(fā)展，燃油汽車在各個(gè)方面都顯示出獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。從技術(shù)成熟度，習(xí)慣和操作自由度上反映出來，它在價(jià)格方面占據(jù)了很大的市場(chǎng)空間。聯(lián)合國最近估計(jì)，中東石油豐富國家的石油儲(chǔ)備只能在世界上使用不到100年。多年來，石化廢氣也導(dǎo)致二氧化碳的急劇增加，最終導(dǎo)致全球變暖。電動(dòng)汽車是指由車載電源和電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的車輛。汽車是新能源汽車的重要組成部分。新能源汽車是指以先進(jìn)的技術(shù)原理、新技術(shù)、新的汽車結(jié)構(gòu)等先進(jìn)技術(shù)為基礎(chǔ)，利用常規(guī)車用燃料以外的能源作為動(dòng)力源，實(shí)現(xiàn)能源綜合控制和驅(qū)動(dòng)控制。

2 混雜系統(tǒng)模型研究

混合系統(tǒng)也稱為混合系統(tǒng)。但是，有很多定義。百度百科將其定義為同時(shí)包含多個(gè)狀態(tài)變量的系統(tǒng)。這些變量來自不同的級(jí)別。它們中的至少一個(gè)受到另一變量的調(diào)制的影響。但是前者是一個(gè)統(tǒng)一的動(dòng)力系統(tǒng)，是由后者不可減少的相互作用所形成的。最常見的定義是：系統(tǒng)系統(tǒng)由一類動(dòng)態(tài)復(fù)雜系統(tǒng)組成，這些系統(tǒng)由連續(xù)子系統(tǒng)和離散子系統(tǒng)組成?；旌舷到y(tǒng)具有以下三個(gè)特征：（1）系統(tǒng)具有兩種狀態(tài)形式：離散狀態(tài)和連續(xù)狀態(tài);（2）系統(tǒng)狀態(tài)也隨著連續(xù)狀態(tài)和離散狀態(tài)的變化而變化;（3）離散狀態(tài)和連續(xù)狀態(tài)保持其本質(zhì)特征。自1990年代系統(tǒng)理論興起以來，它已被IEEE控制協(xié)會(huì)確認(rèn)為具有強(qiáng)大發(fā)展和應(yīng)用前景的新主題。隨著混合動(dòng)力系統(tǒng)的發(fā)展，該學(xué)科的發(fā)展主要得益于當(dāng)前計(jì)算機(jī)科學(xué)，數(shù)學(xué)科學(xué)和控制科學(xué)的發(fā)展，在混合動(dòng)力系統(tǒng)的某些行業(yè)和關(guān)鍵領(lǐng)域，例如制造系統(tǒng)，具有一定成就的動(dòng)力系統(tǒng)，機(jī)器人系統(tǒng)等。

該混合系統(tǒng)具有以下三個(gè)特點(diǎn)：穩(wěn)定性、可達(dá)性和可控性。其中，可達(dá)性研究的結(jié)果主要用于評(píng)價(jià)系統(tǒng)的安全性。有兩種可達(dá)性：自動(dòng)機(jī)達(dá)到線性問題，線性系統(tǒng)具有連續(xù)狀態(tài)變化的可達(dá)性。對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了全面的分析，充分考慮了控制器的標(biāo)定和控制器的綜合，并將這些附加的特殊問題引入到系統(tǒng)中，具有廣泛的應(yīng)用范圍。對(duì)混合系統(tǒng)理論研究中的問題進(jìn)行了分析和解決，并利用多個(gè)函數(shù)對(duì)混合系統(tǒng)進(jìn)行了研究，然后對(duì)切換混合系統(tǒng)進(jìn)行了分析，從而使混合系統(tǒng)的研究不僅可以像以往那樣考慮離散事件的情況，而且可以忽略連續(xù)狀態(tài)的可能性。如上所述，混合系統(tǒng)是離散事件和連續(xù)狀態(tài)系統(tǒng)的混合體。在外部性能方面，系統(tǒng)可以分為兩類：第一類系統(tǒng)通常具有離散事件的特征，而連續(xù)狀態(tài)部分可以是用作狀態(tài)嵌入式系統(tǒng);另一種類型的系統(tǒng)顯示了全局連續(xù)狀態(tài)的特征。離散事件僅用于在離散事件下劇烈振蕩的系統(tǒng)。由于這兩種不同的焦點(diǎn)和方法，聚合也可以用于使用擴(kuò)展詞來描述它們。一種類型的系統(tǒng)對(duì)應(yīng)于聚合類型，第二種類型對(duì)應(yīng)于擴(kuò)展。在擴(kuò)展方法中，有時(shí)會(huì)發(fā)生分離事件，因此您可以在微分方程中使用元素。

燃料電池汽車雙能源的能量管理策略對(duì)提高車輛燃油經(jīng)濟(jì)性及動(dòng)力源甚至整車壽命都具有極其重要的作用。合理的能量管理策略應(yīng)兼顧車輛動(dòng)力性能及燃油經(jīng)濟(jì)性，即需滿足控制策略的時(shí)效性與高效性。

目前，應(yīng)用于燃料電池汽車的能量管理策略主要分為基于確定規(guī)則的控制策略、基于模糊控制的控制策略及基于優(yōu)化的控制策略。相較于其他兩種控制策略，模糊控制策略對(duì)數(shù)學(xué)模型依賴度低，更易于理解，且具有較好的時(shí)效性，因此在車輛控制領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

3 系統(tǒng)建模方法研究

當(dāng)使用混合系統(tǒng)理論對(duì)新能源純電動(dòng)汽車的能源系統(tǒng)進(jìn)行建模時(shí)，混合系統(tǒng)中的混合邏輯動(dòng)力學(xué)是一種用于實(shí)際工程應(yīng)用的建模方法。它具有命題邏輯規(guī)則，并且定性相結(jié)合。知識(shí)和建模的原因是，模型是一種擴(kuò)展方法，可以確保建模中的離散性?；旌线壿媱?dòng)態(tài)MLD模型集成了系統(tǒng)的三個(gè)狀態(tài)，即輸入，狀態(tài)和輸出，以及定性知識(shí)，專家經(jīng)驗(yàn)和連續(xù)性，連續(xù)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)充分考慮了系統(tǒng)框架，建立了具有連續(xù)和離散特性的混合系統(tǒng)?；旌线壿媱?dòng)態(tài)模型通過將模型中的離散事件和離散狀態(tài)轉(zhuǎn)換為整數(shù)線性不等式來研究模型。同時(shí)，它集中于命題，邏輯和專家經(jīng)驗(yàn)的結(jié)合以轉(zhuǎn)換非線性。該命題被轉(zhuǎn)換為線性混合整數(shù)不等式方程，并解決了系統(tǒng)中數(shù)據(jù)更改的問題。該過程轉(zhuǎn)換了統(tǒng)一的輸入，狀態(tài)和輸出的三個(gè)狀態(tài)，并充分考慮了定性知識(shí)和專家經(jīng)驗(yàn)，以統(tǒng)一連續(xù)的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)。支持連續(xù)和離散集成的系統(tǒng)框架。

所謂命題邏輯規(guī)則，是指在一定范圍內(nèi)常用的基于算術(shù)和邏輯算子的命題系統(tǒng)以及由操作數(shù)構(gòu)成的命題形式。它們廣泛應(yīng)用于數(shù)學(xué)、控制、物理等學(xué)科。計(jì)算機(jī)是命題系統(tǒng)和某種形式系統(tǒng)形成之間的邏輯關(guān)系，這些系統(tǒng)具有一維，二維甚至更高的維度。這些命題可以在一定空間中對(duì)應(yīng)于它們的邏輯形式規(guī)則。在某些情況下，規(guī)則系統(tǒng)對(duì)應(yīng)于數(shù)學(xué)表達(dá)式的關(guān)系。使用數(shù)學(xué)公式和定理來推導(dǎo)關(guān)系表達(dá)式以實(shí)現(xiàn)邏輯規(guī)則。公理的范圍可以從空集，有限集到無限集。

專家經(jīng)驗(yàn)方法，也稱為專家判斷預(yù)測(cè)方法，是將來在某個(gè)領(lǐng)域中開發(fā)的最權(quán)威的預(yù)測(cè)方法。它的觀點(diǎn)是權(quán)威的，這是顯而易見的。專家預(yù)測(cè)方法就是基于這種共識(shí)。專家判斷預(yù)測(cè)方法將專家作為信息獲取的對(duì)象，專家利用自身的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)將預(yù)測(cè)對(duì)象視為直觀的社會(huì)環(huán)境。

4 制動(dòng)力分配策略

（1）在需求制動(dòng)強(qiáng)度時(shí)，再生制動(dòng)系統(tǒng)不開啟，前后輪制動(dòng)力分配由理想制動(dòng)力I曲線進(jìn)行分配，電機(jī)不提供制動(dòng)力，前后輪摩擦制動(dòng)承擔(dān)整車制動(dòng)力。前后輪制動(dòng)力之和與整車路面附著力相等且前后輪制動(dòng)力分別等于前后輪各自路面附著力。其關(guān)系式為：

（2）在需求制動(dòng)強(qiáng)度時(shí)，制動(dòng)力完全由驅(qū)動(dòng)電機(jī)提供，前輪提供制動(dòng)的強(qiáng)度也就是電機(jī)所提供的制動(dòng)強(qiáng)度，后輪不提供制動(dòng)力。

（3）在需求制動(dòng)強(qiáng)度時(shí)，整車制動(dòng)力由前輪制動(dòng)力提供，電機(jī)此時(shí)處于最大制動(dòng)力提供范圍內(nèi)，超過電機(jī)制動(dòng)強(qiáng)度所能承受的范圍由前輪摩擦制動(dòng)力補(bǔ)充。對(duì)于前輪驅(qū)動(dòng)純電動(dòng)車而言，前輪抱死可以最大限度得回收能量，前輪單獨(dú)制動(dòng)，后輪制動(dòng)力Fxb2為零，則可得前輪能提供最大制動(dòng)力為：

（4）在需求制動(dòng)強(qiáng)度時(shí)，后輪摩擦制動(dòng)力介入整車制動(dòng)，前后輪制動(dòng)力比例以I曲線進(jìn)行分配，制動(dòng)力的分配仍然以前輪為主，電機(jī)制動(dòng)仍然占據(jù)主導(dǎo)，盡可能最大化回收能量。

（5）在需求制動(dòng)強(qiáng)度時(shí)，隨著需求制動(dòng)強(qiáng)度逐漸增大，為保證車輛制動(dòng)安全與穩(wěn)定，后輪摩擦制動(dòng)力的比例也會(huì)有所提高，此時(shí)制動(dòng)力分配如圖2-4中BC線段所示，B點(diǎn)值由公式2-4在路面附著系數(shù)為0.7時(shí)計(jì)算得到為0.526，此時(shí)依照線組在制動(dòng)強(qiáng)度為0.7條件下的制動(dòng)力進(jìn)行分配，保障了制動(dòng)效能。

（6）在需求制動(dòng)強(qiáng)度時(shí)，緊急制動(dòng)開啟前后輪制動(dòng)在臨界點(diǎn)同時(shí)抱死，利用曲線進(jìn)行制動(dòng)力分配，在保證車輛穩(wěn)定性的同時(shí)有效地利用了地面附著條件，此時(shí)電機(jī)不參與工作，前后輪制動(dòng)力完全由摩擦制動(dòng)提供（圖1）。

5 結(jié)束語

本文提出了一種通過可編程的時(shí)間分配來構(gòu)建混合系統(tǒng)模型的方法和步驟?；旌舷到y(tǒng)分為離散事件邏輯層和多個(gè)連續(xù)動(dòng)態(tài)層。通過監(jiān)視和協(xié)調(diào)電力系統(tǒng)的連續(xù)動(dòng)態(tài)層和離散邏輯層，描述了電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。給出并仿真了電力系統(tǒng)建模的示例。仿真結(jié)果表明，該建模方法是可行的，非常適用于混合動(dòng)力系統(tǒng)的建模和動(dòng)力學(xué)研究，如保護(hù)動(dòng)作的分析，電網(wǎng)的動(dòng)態(tài)影響，電壓集成設(shè)備的使用，控制和控制等。

參考文獻(xiàn)：

[1]曹曉冬，楊世海，支亞薇，et al. 基于有限狀態(tài)自動(dòng)機(jī)的電力電子混雜系統(tǒng)建模[J]. 電力電子技術(shù)，2019（6）：17-22.

[2]陳文卓. 切換系統(tǒng)下永磁同步電機(jī)混雜系統(tǒng)模型[J]. 河北大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2019，39（4）：430-436.

[3]趙爭鳴，施博辰，朱義誠.高壓大容量電力電子混雜系統(tǒng)控制技術(shù)綜述[J]. 高電壓技術(shù)，2019，45（7）.

[4]高永峰.非線性控制系統(tǒng)的事件觸發(fā)機(jī)制設(shè)計(jì)[D]. 大連理工大學(xué)，2017.

[5]楊洋. 多端口電磁--機(jī)電暫態(tài)混合仿真誤差機(jī)理與接口技術(shù)研究[D]. 華北電力大學(xué)（北京），2017.

[6]王錫坤. 康復(fù)運(yùn)載型下肢外骨骼的步態(tài)規(guī)劃與軌跡跟蹤控制研究[D]. 南京理工大學(xué)，2017.