Studiu comparativ de programare dinamică și principiul minim al lui Pontryagin privind managementul energiei

Subiecte similare ale lucrării științifice în inginerie mecanică, autor al articolului științific - Zou Yuan, Liu Teng, Sun Fengchun, Huei Peng

Lucrare de cercetare academică pe tema „Studiu comparativ de programare dinamică și principiul minim al lui Pontryagin privind gestionarea energiei pentru un vehicul electric hibrid paralel”

Energii 2013, 6, 2305-2318; doi: 10.3390/en6042305

principiul

Studiu comparativ al programării dinamice și al principiului minim al lui Pontryagin privind gestionarea energiei pentru un vehicul electric hibrid paralel

11 1 2 Zou Yuan '*, Liu Teng, Sun Fengchun și Huei Peng

1 Laborator Național de Inginerie pentru Vehicule Electrice, Departamentul de Inginerie a Vehiculelor, Școala de Inginerie Mecanică, Institutul de Tehnologie din Beijing, Beijing 100081, China;

E-mailuri: [email protected] (L.T.); [email protected] (S.F.)

2 Departamentul de Inginerie Mecanică, Universitatea din Michigan, Ann Arbor, MI 48109, SUA; E-mail: [email protected]

* Autorul căruia trebuie să i se adreseze corespondența; E-mail: [email protected]; Tel/Fax: + 86-10-6891-5202.

Primit: 23 ianuarie 2013; în formă revizuită: 1 aprilie 2013/Acceptat: 11 aprilie 2013/Publicat: 22 aprilie 2013

Rezumat: Această lucrare compară două metode optime de gestionare a energiei pentru vehiculele electrice hibride paralele utilizând o transmisie manuală automată (AMT). În primul rând este construit un model orientat spre control al trenului de propulsie și al dinamicii vehiculului. Gestionarea energiei este formulată ca o problemă tipică de control optim pentru a schimba consumul de combustibil și frecvența de schimbare a treptelor de viteză sub constrângeri admise. Programarea dinamică (DP) și principiul minim al lui Pontryagin (PMP) sunt aplicate pentru a obține soluțiile optime. Acordându-se cu co-state adecvate, soluția PMP este foarte apropiată de cea de la DP. Soluția pentru schimbarea vitezelor în PMP are o expresie algebrică asociată cu viteza vehiculului și poate fi implementată mai eficient în algoritmul de control. Timpul de calcul al PMP este semnificativ mai mic decât DP.

Cuvinte cheie: programare dinamică; Principiul minim al lui Pontryagin; vehicule electrice hibride; strategia de schimbare a vitezei

Datorită flexibilității de cooperare introdusă de mai multe depozite de energie sau surse de energie, vehiculele electrice hibride (HEV) au potențialul de a reduce consumul de combustibil și emisiile în comparație cu vehiculele convenționale. Pentru a vă asigura că vehiculul rămâne condus, puterea totală a bateriei și a motorului trebuie să îndeplinească cerința de putere a șoferului în fiecare moment. Dincolo de această constrângere punctuală, există încă o mulțime de flexibilitate în manipularea puterii motorului și a bateriei în diferite scopuri de optimizare. Soluțiile de distribuție a energiei obținute din strategia de gestionare a energiei sunt de obicei rezolvate prin tehnici de optimizare numerică sau analitică.

Pe de altă parte, transmisia manuală automată (AMT) a fost dezvoltată ca o înlocuire potențială a transmisiei automate tradiționale cu un convertor de cuplu, în special pe HEV-urile paralele. În această lucrare, DP și PMP sunt aplicate pentru a proiecta controlul optim pentru un vehicul hibrid paralel cu AMT. Grupul propulsor este luat ca sistem dinamic cu cele două variabile de stare,

SOC-ul bateriei și poziția de transmisie a AMT și două variabile de control independente, semnalul clapetei motorului și acțiunea de schimbare a vitezei. Angrenajul este definit ca o stare în această problemă de control optimă, deoarece se referă direct la cuplul motorului, iar acțiunea de schimbare nu trebuie omisă în problema de control. Rezultatele PMP se dovedesc a fi aproape optime, apropiate de cele ale DP și co-starea corespunzătoare stării poziției angrenajului are o expresie algebrică asociată cu viteza vehiculului, ceea ce are ca rezultat un comportament global aproape optim al PMP și oferă contribuția majoră în această lucrare.

Restul acestei lucrări este organizat după cum urmează: în secțiunea 2, grupul de propulsie hibrid este modelat și se formulează problema de control optim. Se aplică metode bazate pe DP și PMP, iar rezultatele sunt analizate în secțiunea 3. Soluțiile din DP și PMP sunt comparate în secțiunea 4, iar concluziile sunt furnizate în secțiunea 5.

2. Modelarea hibridă a grupului propulsor

Diagrama schematică a grupului de propulsie hibrid paralel și fluxurile sale de putere sunt prezentate în Figura 1, unde Peq este solicitarea de putere, Pb este puterea electrică din pachetul de baterii și Pe este puterea mecanică de ieșire de la motorul diesel, respectiv, mf este rata consumului de combustibil, stabilită în mod normal prin harta consumului de combustibil specific frânei (BFSC) derivată prin testul pe bancă. Săgețile liniilor din Figura 1 indică direcțiile fluxurilor de energie. Cuplurile motorului și ale motorului electric sunt combinate înainte de AMT. Este adoptat motorul diesel de 7,0 L, oferind o putere maximă de 155 kW la turația de 2000 rpm și un cuplu maxim de ieșire de 900 Nm în intervalul de turații de la 1300 rpm la 1600 rpm. Motorul electric poate produce o putere maximă de 90 kW, un cuplu maxim de 600 Nm și are o viteză maximă de 2400 rpm. Pachetul de baterii litiu-ion de 60 Ah oferă o tensiune nominală de 312,5 V. AMT este configurat cu nouă rapoarte: 12.11, 8.08, 5.93, 4.42, 3.36, 2.41, 1.76, 1.3 și 1. Greutatea pe bord a vehiculului este de 16.000 kg, raza anvelopei este de 0.508 m, raportul final este de 4.769 și suprafața frontală este de 6,2 m2.