機(jī)電復(fù)合傳動(dòng)系統(tǒng)實(shí)時(shí)功率分配優(yōu)化控制研究

孫永豐　錢錕

摘 要：文章分別從機(jī)電復(fù)合傳動(dòng)系統(tǒng)的構(gòu)成及其仿真模型的建立兩個(gè)角度出發(fā)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了深入的介紹，以此為基礎(chǔ)，重點(diǎn)闡述了基于MPC的機(jī)電復(fù)合傳動(dòng)實(shí)時(shí)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(shí)施，能夠進(jìn)一步提高傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行效率、使其實(shí)時(shí)性能夠得到最大程度的保證。

關(guān)鍵詞：機(jī)電復(fù)合傳動(dòng)系統(tǒng)；實(shí)時(shí)功率；分配；優(yōu)化控制

在車輛運(yùn)行過程中，傳動(dòng)系統(tǒng)起著重要的作用。機(jī)電復(fù)合傳動(dòng)系統(tǒng)屬于傳動(dòng)系統(tǒng)的一種特殊形式，系統(tǒng)運(yùn)行的主要目的在于提高車輛的靈活性，同時(shí)達(dá)到減小功率消耗、節(jié)約燃油的目的。對(duì)機(jī)電復(fù)合傳動(dòng)系統(tǒng)實(shí)時(shí)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(dá)成，因此也就能夠?yàn)檐囕v性能提供更大的價(jià)值。

1 機(jī)電復(fù)合傳動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)成

根據(jù)車輛的大小以及類型的不同，其機(jī)電復(fù)合傳動(dòng)系統(tǒng)的構(gòu)成也不盡相同，以雙模式機(jī)電復(fù)合傳動(dòng)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(jī)電復(fù)合傳動(dòng)系統(tǒng)的構(gòu)成主要包括電池組、電機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)以及離合器與制動(dòng)器4個(gè)部分組成。其中電池組主要有一個(gè)，功能在于為傳動(dòng)系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)提供電力。發(fā)動(dòng)機(jī)的數(shù)量同樣為一個(gè)，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(dòng)力。電機(jī)有兩個(gè)，分別為電機(jī)A與電機(jī)B。離合器有兩個(gè)，分別為CL0與CL1。制動(dòng)器B1數(shù)量為1個(gè)。上述不同的部分通過互相連接共同組成了雙模式的機(jī)電復(fù)合傳動(dòng)系統(tǒng)，并通過互相配合使得傳動(dòng)功能得以實(shí)現(xiàn)。

2 機(jī)電復(fù)合傳動(dòng)系統(tǒng)仿真模型的建立

在對(duì)機(jī)電復(fù)合傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)的過程中，為了最大程度的節(jié)約成本，進(jìn)行相應(yīng)的仿真實(shí)驗(yàn)十分必要。仿真實(shí)驗(yàn)需要以事實(shí)為依據(jù)來完成，即實(shí)驗(yàn)的設(shè)定要與實(shí)際系統(tǒng)的設(shè)計(jì)情況完全吻合。

2.1 建模方法

機(jī)電復(fù)合傳動(dòng)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(shí)，相對(duì)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(duì)車輪、傳動(dòng)部件、控制器以及動(dòng)力源進(jìn)行計(jì)算，從而完成仿真實(shí)驗(yàn)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(jìn)行駕駛，并完成從控制器到動(dòng)力源、傳動(dòng)部件與車輛各參數(shù)的計(jì)算過程，從而結(jié)束仿真實(shí)驗(yàn)。在對(duì)方案進(jìn)行選擇的過程中，需要根據(jù)實(shí)驗(yàn)具體決定。文章主要采取了前向仿真的方式對(duì)機(jī)電復(fù)合傳動(dòng)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)功率問題進(jìn)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(dòng)機(jī)模型、動(dòng)力耦合機(jī)構(gòu)模型、電機(jī)模型、動(dòng)力電池組模型以及駕駛員模型都屬于需要重點(diǎn)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(diǎn)。

駕駛員模型的構(gòu)建需要考慮車輛的形勢(shì)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(shí)際情況相符合。

3 基于MPC的機(jī)電復(fù)合傳動(dòng)實(shí)時(shí)功率分配優(yōu)化控制

3.1 MPC簡(jiǎn)介

模型預(yù)測(cè)控制，簡(jiǎn)稱MPC，其產(chǎn)生時(shí)間相對(duì)較短，但實(shí)踐證明，其應(yīng)用價(jià)值值得肯定。相對(duì)于其他算法而言，模型預(yù)測(cè)控制在計(jì)算過程中具有過程簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，同時(shí)其控制效果也相對(duì)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(duì)系統(tǒng)功能的穩(wěn)定發(fā)揮帶來了積極的促進(jìn)作用。將其應(yīng)用到機(jī)電復(fù)合傳動(dòng)實(shí)時(shí)功率分配優(yōu)化控制過程中，對(duì)于保證算法的可靠性具有極大的價(jià)值，同時(shí)，在這一基礎(chǔ)上，優(yōu)化控制過程的實(shí)現(xiàn)也會(huì)相對(duì)容易。

3.2 基于MPC的機(jī)電復(fù)合傳動(dòng)實(shí)時(shí)功率分配優(yōu)化模型

基于MPC的機(jī)電復(fù)合傳動(dòng)實(shí)時(shí)功率分配優(yōu)化模型的建立需要在了解發(fā)動(dòng)機(jī)油耗的基礎(chǔ)上進(jìn)行，發(fā)動(dòng)機(jī)瞬間油耗模型為：，其中Te代表發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩，We代表發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)力耦合機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)模型。將上述模型與車量動(dòng)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(duì)模型的簡(jiǎn)化，最終所得到的系統(tǒng)優(yōu)化模型如下：

3.3 性能測(cè)試

為保證系統(tǒng)優(yōu)化模型能夠達(dá)到對(duì)機(jī)電復(fù)合傳統(tǒng)系統(tǒng)實(shí)時(shí)功率進(jìn)行優(yōu)化控制的目的，實(shí)施相應(yīng)的性能測(cè)試非常必要。本次實(shí)驗(yàn)所采取的性能測(cè)試方法為實(shí)車測(cè)試，即將所得到的優(yōu)化控制策略真正應(yīng)用到了實(shí)車駕駛過程中。

實(shí)車實(shí)驗(yàn)前需要做好相應(yīng)的準(zhǔn)備：首先需要對(duì)車輛的機(jī)電復(fù)合傳動(dòng)裝置進(jìn)行檢查，要保證其性能良好，不存在故障，同時(shí)還要保證系統(tǒng)的各項(xiàng)參數(shù)均在正常范圍內(nèi)，各線路均連接正常。其次，實(shí)驗(yàn)開始之前半個(gè)小時(shí)需要對(duì)車輛進(jìn)行預(yù)熱，以保證其能夠直接進(jìn)入到測(cè)試的狀態(tài)。最后，要控制好電機(jī)過載問題，不同的實(shí)驗(yàn)對(duì)電機(jī)過載的允許程度不同。

實(shí)驗(yàn)完成之后發(fā)現(xiàn)，通過對(duì)系統(tǒng)優(yōu)化控制策略的應(yīng)用，車輛的動(dòng)力性能得到了一定程度的提高，同時(shí)實(shí)時(shí)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(duì)機(jī)電復(fù)合傳統(tǒng)系統(tǒng)實(shí)時(shí)功率優(yōu)化控制過程的實(shí)現(xiàn)需要通過建立機(jī)電復(fù)合系統(tǒng)功能模型以及相應(yīng)的優(yōu)化模型來實(shí)現(xiàn)，除此之外，相應(yīng)的仿真實(shí)驗(yàn)以及性能測(cè)試也必不可少。通過對(duì)優(yōu)化模型的建立以及性能測(cè)試發(fā)現(xiàn)，該優(yōu)化模型對(duì)于實(shí)時(shí)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(xiàn)

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（作者單位：中國(guó)人民解放軍65185部隊(duì)）