基于庞特里亚金极小值原理的混合动力拖拉机节能控制

以某并联式柴电混合动力拖拉机为研究对象,分析其拓扑结构特点及工作特性,构建拖拉机旋耕、犁耕耦合动力学模型,以整机等效燃油消耗量最小为目标,电机功率和柴油机功率为控制变量、电池荷电状态为状态变量,建立基于庞特里亚金极小值原理的节能控制策略,基于Matlab仿真平台对该节能控制策略进行仿真试验。结果表明:与基于最佳经济性曲线的节能控制策略相比,所制定的基于庞特里亚金极小值原理节能控制策略能够合理控制柴油机和电机的运行状态,使柴油机、电机工作在高效率区,有效降低了拖拉机田间作业时的等效燃油消耗量。旋耕工况下,等效燃油消耗量降低10.44%;犁耕工况下,等效燃油消耗量降低11.20%。

基于庞特里亚金极小值原理满意优化的燃料电池混合动力系统分层能量管理方法

针对燃料电池混合动力系统的燃料经济性和耐久性兼顾问题,文中提出一种基于庞特里亚金极小值原理满意优化的分层能量管理方法。该方法以燃料经济性和耐久性为优化目标,采用一级硬性约束、二级满意优化和三级最优控制的分层能量管理,实现对负荷功率的有效分配。通过基于实测工况的实验测试,并与传统基于庞特里亚金极小值原理的能量管理方法进行对比分析,证明了所提出能量管理方法能够有效维持氢耗量较低水平,并能够降低燃料电池发电系统的输出功率波动率,有效提高其耐久性,延长其服役寿命。

基于PMP算法的燃料电池混合动力车辆实时能量管理策略

为了保证动力电池荷电状态(SOC, State of Charge)处于高效工作区间,针对燃料电池混合动力车辆(FCHEV, Fuel Cell Hybrid Vehicle)设计了一种实时能量管理策略。基于庞特里亚金极小值原理(PMP, Pontryagin’s Minimal Principle)对能量管理问题进行离线求解,得到三种典型工况下协态变量与SOC的关系。根据学习矢量量化(LVQ, Learning Vector Quantization)神经网络,对行驶工况进行识别,进而根据协态变量与SOC关系选取最优协态变量。构建测试工况进行仿真,结果表明,该策略可以有效控制电池SOC在一定范围内,维持电池健康状态。

基于PMP算法的HEV能量优化控制策略

针对常用混合动力汽车(Hybrid electric vehicle, HEV)中锂离子电池在功率波动较大时难以满足需求,以及单个驱动周期内HEV燃油能耗大且能量不能很好回收等问题,研究采用锂离子电池和超级电容器混合储能系统(Lithium-ion battery and super-capacitor hybrid energy storage system, Li-SC HESS)与内燃机共同驱动HEV运行.结合比例积分粒子群优化算法(Particle swarm optimization-proportion integration, PSO-PI)控制器和Li-SC HESS内部功率限制管理办法,提出一种改进的基于庞特里亚金极小值原理(Pontryagin s minimum principle, PMP)算法的HEV能量优化控制策略,通过ADVISOR软件建立HEV整车仿真模型,验证该方法的有效性与可行性.仿真结果表明,该能量优化控制策略提高了HEV跟踪整车燃油能耗最小轨迹的实时性,节能减排比改进前提高了1.6%～2%,功率波动时减少了锂离子电池的出力,进而改善了混合储能系统性能,对电动汽车关键技术的后续研究意义重大.

基于庞特里亚金极小值原理的燃料电池汽车“恒温器”能量管理策略

针对燃料电池/动力蓄电池混合动力系统,基于庞特里亚金极小值原理(PMP),以燃料电池的输出功率为控制变量,蓄电池的荷电状态(SOC)为状态变量,燃料电池氢气消耗量为性能指标,制定了燃料电池汽车能量管理策略。能量管理策略结合恒温器控制思想,通过调节协态变量来维持蓄电池SOC,在UDDS工况下与基于规则的"恒温器"能量管理策略相比经济性提高了6.38%。

基于碳排放的插电式混合动力公交车能量管理策略

文章以插电式混合动力公交车(PHEB)为研究对象,建立了当量碳排放模型。基于庞特里亚金极小值原理(PMP),考虑车辆运行的能耗与当量碳排放,提出了一种全局最优的能量管理策略,并利用打靶法对目标函数进行求解。通过仿真分析,得到了最佳功率分配和最优综合成本:百公里天然气消耗10.33 m^(3),电耗49.17 kWh,当量碳排放53.56 kgCO_(2)e,百公里综合成本104.33元。

含无刷DFIG的风电系统低电压穿越极限控制能力分析

无刷双馈感应发电机(BDFIG)由于其良好的维护特性,在风力发电中具有良好的应用前景。作为大功率并网发电装置,基于BDFIG的风电系统需要满足电网的低电压穿越(LVRT)并网导则。双馈型风电系统机侧变流器的极限控制能力决定了系统LVRT的控制方案与控制成本,具有重要的实际意义。文中详细分析了BDFIG在电网故障时的瞬态模型,通过引入庞特里亚金极小值算法分析基于BDFIG的风电系统的机侧变流器控制端电压最优值,得到整个系统LVRT极限控制范围,并进一步与普通双馈感应发电机进行了比较。结果表明,BDFIG具有更加优异的LVRT能力。

一种基于任务空间的T-VTOL多模态轨迹生成算法

针对尾座式垂直起降无人机(T-VTOL)多模态轨迹规划复杂的问题,提出了一种面向任务空间的多模态轨迹生成算法。证明了T-VTOL全模态的微分平坦特性,位置的高阶导数是系统平坦的输出,表明T-VTOL可以在任务空间内设置符合期望轨迹的任意定点。基于庞特里亚金极小值原理提出了T-VTOL在三维空间的多模态轨迹生成算法与封闭解,并给出其可行性验证方法。结果表明,在两种过渡模态以及盘旋模态,T-VTOL飞行轨迹严格遵循任务空间约束。此外,所提算法具有计算时间短,算力要求低,易于部署的优点。

基于PMP的HEV全局最优能量管理策略研究

动态规划常用于求取已知工况的全局最优解,但该方法计算量大、求解时间长。为了解决这个问题,把发电机组和电池组模型适当化简,在保持电池组电量平衡的条件下,以电池组荷电状态为状态变量,以电池组输出功率为控制量,采用庞特里亚金极小值原理算法求解了混合动力汽车的能量管理问题,得到了全局最优解,并给出了详细的求解过程。与动态规划相比,该方法求解需要的时间很短。

插电式混合动力公交车电池配置和能量管理策略协同优化的研究

本文针对一款插电式混合动力城市客车,以电池购置成本和使用过程中的能耗成本两者构成的综合成本最小化为目标,进行电池电量选择和能量管理策略的协同优化。首先,设计了双环优化流程,外环为不同电量电池组的选择,内环则施行选定电池组下基于庞特里亚金极小值原理(PMP)的能量管理策略。基于中国典型城市客车运行循环进行仿真分析。结果表明,以综合成本最小化为目标的PHEB的最优电池组配置受行驶里程需求、电池单价等多种因素的影响。最后,基于一组选定的电池组,分别应用PMP、动态规划、电量消耗-电量维持策略和等效能耗最小化策略进行能量管理的对比仿真,得到了4种策略的能耗特征。

基于时间最短的SGKW共面打击轨道优化设计

天基对地打击动能武器(SGKW)用于从太空对地面高价值战略目标进行快速、准确的打击。针对最短打击时间要求,研究了SGKW共面打击轨道的优化设计方法。首先建立了SGKW的无量纲化平面运动模型,然后利用庞特里亚金极大值原理将时间最短共面打击轨道的最优控制问题转化为两点边值问题。由于约束条件中存在优化参数,一种基于"遗传算法+序列二次规划"的组合优化算法被用于求解未知参数。仿真结果验证了上述方法的有效性。

SGKW轨道在线生成技术研究

天基对地打击动能武器(SGKW)用于从太空对地面高价值战略目标进行快速、准确的打击。针对作战实时性要求,探讨了SGKW的轨道在线生成技术。首先,利用庞特里亚金极大值原理将时间最短打击轨道的最优控制问题转化为两点边值问题。由于约束条件中存在优化参数,一种基于"遗传算法+序列二次规划"的组合优化算法被用于求解伴随变量初值和再入点参数。为了提高轨道生成的速度,在大量离线优化数据的基础上建立了BP神经网络预测模型,其预测值通过序列二次规划算法稍加修正,即可满足相应任务的落点精度要求。仿真结果验证了上述方案的有效性。

轻型反潜鱼雷最优垂直命中末弹道设计

在轻型反潜鱼雷最优垂直命中弹道设计中,基于庞特里亚金(Pontryagin)极小值原理解析求解得到的最优垂直命中导引律具有理论基础完备、形式简洁等优点,但因其推导过程进行了一系列简化处理,适用范围变窄,且控制系数不易获得,事实上难于直接应用。为此,本文提出了一种实用的鱼雷最优垂直命中末弹道的设计方法,即对上述导引律进行面向工程应用的二次优化设计,从而得到满足不同初始作战态势下的最优导引律。通过弹道数字仿真验证了该方法的可行性和可靠性。分析了末弹道优化系统的设计灵敏度,提出了合理的优化设计建议。

天基对地打击动能武器最大横程分析

天基对地打击动能武器(SGKW)用于从太空对地面高价值战略目标进行快速、准确的打击。针对最大横程要求,研究了SGKW打击轨道的优化设计方法。首先建立了SGKW的无量纲化空间运动模型,然后利用庞特里亚金极大值原理将横程最大打击轨道的最优控制问题转化为两点边值问题。由于约束条件中存在优化参数,一种基于"遗传算法+序列二次规划"的组合优化算法被用于求解未知参数。仿真结果验证了上述方法的有效性。最后,对SGKW的打击覆盖范围也进行了简要分析。

SGKW时间最短异面打击轨道的优化方法

天基对地打击动能武器(SGKW)用于从太空对地面高价值战略目标进行快速、准确的打击。针对最短打击时间要求,研究了SGKW异面打击轨道的优化设计方法。首先建立了SGKW的无量纲化空间运动模型,然后利用庞特里亚金极大值原理将时间最短打击轨道的最优控制问题转化为两点边值问题。由于约束条件中存在优化参数,一种基于"遗传算法+序列二次规划"的组合优化算法被用于求解未知参数。最后对上述方法进行了仿真验证。

基于PMP的机车用燃料电池混合动力系统能量管理策略

为了提升机车用燃料电池混合动力系统的系统效率、减少系统实际氢耗量,并有效维持蓄电池荷电状态(stateof charge,SOC)。该文根据实际硬件系统中的参数以及机车工况,提出一种基于庞特里亚金极小值原理(Pontryagin minimum principle,PMP)的机车用燃料电池混合动力系统能量管理策略。在搭建的机车用燃料电池混合动力缩比硬件系统上对所提出的能量管理策略进行验证,并与等效最小氢耗策略(equivalent consumption minimization strategy,ECMS)进行对比。实验结果表明:无论混合系统的蓄电池组初始SOC为何值,基于PMP的能量管理策略相对于ECMS在系统整体效率上有了明显的提升,并且减少了系统实际氢耗量;此外,基于PMP的能量管理策略能够按照机车实际需求更好地维持蓄电池组的SOC。

机车油电混合动力系统的优化匹配

混合动力系统的配置参数将影响机车的全寿命周期成本,该参数是开发混合动力机车的关键。传统的双环优化匹配方法,虽然能够求解出优化的配置参数,但利用动态规划算法作为优化能量管理的内环,导致了优化计算的时间十分漫长。为了解决该问题,本文提出了一种快速的双环优化匹配方法。在外环,粒子群算法以减少全寿命周期成本为目标,优化配置参数。在内环,庞特里亚金极小值原理(Pontryagin’s minimum principle,PMP)以减少列车油耗、提高电池寿命为目标,针对外环优化过程中的每一种配置参数均优化其能量管理,并将优化结果反馈给外环。仿真表明,与传统的双环优化匹配方法相比,文章提出的快速双环优化匹配方法不仅能够获取与其相同的优化配置参数,而且计算速度得到了极大改进。

网联电动汽车信号灯控路口经济性驾驶策略

针对智能网联电动汽车在信号灯控路口的经济性驾驶问题,提出一种基于最优控制的经济性驾驶车速优化策略.首先,构建包含信号灯、车速限制等约束,以能量消耗最小化为目标的信号灯控路口车辆速度优化问题;然后,利用庞特里亚金极小值原理解析求解最优控制率;考虑到动态交通场景中车辆对未来交通信息的预测能力有限、信号灯约束条件多变等特点,提出了一种双层滚动距离域车速优化策略,将信号灯控路口经济性驾驶问题转化为分段最优控制问题,得到分段最优速度轨迹.仿真结果表明:在有限预测能力和无限预测能力2种情况下,所提出的经济性驾驶车速优化策略较加速—匀速—制动策略分别有9.2%和10.3%的能量节省;随着预测距离和信号灯控路口通行速度的增大,在提高通行效率的同时,能量节省效率进一步提高.

燃料电池混合动力客车自适应能量管理策略

为了降低氢耗以及延长燃料电池的寿命,针对燃料电池混合动力客车设计了一种自适应能量管理策略。根据燃料电池客车动力系统构型建立了整车能耗模型。基于庞特里亚金极小值原理(PMP)对系统的能量管理问题进行了离线求解,得到了协态变量与电池荷电状态(SOC)的关系。通过对PMP进行改进,设计了一种对不同工况具有适应性的在线能量管理策略,称为A-PMP能量管理策略。与线性规划能量管理策略(LPEMS)和自适应等效燃料消耗最小策略(A-ECMS)进行了比较,仿真结果表明:A-PMP能量管理策略在不同工况下都具有较好的适应性和燃料经济性。

数据驱动的插电式混合动力客车能量管理策略

针对插电式混合动力公交客车的能量管理优化问题,提出了基于庞特里亚金极小值原理的两类工况片段新特征参数,其中非平衡状态特征参数与转速-扭矩分布相关,平衡状态特征参数与最优控制相关,并由此构建了行驶工况数据库.针对影响该类车辆能耗的关键阶段——电能平衡阶段,通过工况间的相似性,提出了含修正的数据驱动的最优等价因子估计方法,构建了数据驱动的能量优化管理策略.结果表明,该策略能使不同实际工况采用的等价因子和电池荷电状态SOC轨迹接近于理论最优,较目前常用的规则策略能显著地提升燃油经济性约5.72%,较同类研究能克服准确预测车辆未来行驶工况的难题.