[发明专利]一种用于机电复合传动履带车辆的显式模型预测控制方法

说明书

本发明公开了一种用于机电复合传动履带车辆的显式模型预测控制方法，其特征在于，包括步骤：(一)能量管理控制器状态变量定义方法的设计；(二)能量管理控制器状态变量更新方法的确定；(三)能量管理优化控制模型数学描述方法的确定；(四)能量管理优化控制模型权重因子确定方法的设计；(五)能量管理优化控制模型转换方法的确定；(六)能量管理优化控制问题求解方法的确定。本发明将能量管理优化控制问题建模为多参数二次规划问题，通过离线求解多参数规划问题得到基于模型预测控制能量管理策略的可以在线应用的显式控制律，有效改善了整车燃油经济性和整车控制策略实时性。

技术领域

本发明涉及电动车辆控制技术领域，尤其涉及一种用于机电复合传动履带车辆的显式模型预测控制方法。

背景技术

混合动力技术能显著改善车辆燃油经济性、动力性和排放性等性能，受到了国内外各学科领域的众多学者、研究机构、整车厂商的关注、研发与推广应用。混合动力车辆的能量管理与协调控制策略决定了如何在内燃机系统和电机系统之间合理分配驱动所需的功率，通过动力传动系统协同工作，从而达到最大燃油经济性和最小污染物排放的目的。为保证混合动力车辆高效运行、进一步提升其性能及加快我国混合动力车辆产业化、市场化进程，众多学者开展混合动力车辆的实时能量管理与协调控制策略研究。

为了最大程度的改善机电复合传动的燃油经济性和实时应用性，很多学者研究了基于模型预测控制(MPC)的能量管理策略，因为MPC适合解决机电复合传动这类具有多输入、多输出和多约束复杂耦合系统的优化控制问题。并且MPC允许控制器对目标函数进行在线优化。此外，MPC还具有处理时间延迟的能力。尽管MPC具有明显的优点，但由于MPC的在线优化过程需要大量的计算工作，因此其处理机电复合传动实时控制问题的能力有限，难以在工程应用中用于实时控制。与基于规则的能量管理策略相比，基于MPC的能量管理策略和基于A-ECMS能量管理策略在同时改善燃油经济性10％的同时，MPC比 A-ECMS计算速度慢15％左右。鉴于MPC相对于其他众多算法对设计混合动力车辆能量管理控制策略具有上述众多优点，因此学者们孜孜不倦的开展研究，努力提升MPC计算速度。

发明内容

本发明旨在提供一种用于机电复合传动履带车辆的显式模型预测控制方法，很好的解决了上述问题，其将能量管理优化控制问题建模为多参数二次规划问题，通过离线求解多参数规划问题得到基于模型预测控制能量管理策略的可以在线应用的显式控制律，有效改善了整车燃油经济性和整车控制策略实时性。

本发明的技术方案是一种用于机电复合传动履带车辆的显式模型预测控制方法，包括步骤：

(一)能量管理控制器状态变量定义方法的设计；

当前用于表征电池剩余电量的参数使用最多的为电池荷电状态，即SOC，但是该参数与双模混联式机电复合传动车辆的需求功率不能有效对应，并且电池在实际运行中的电压变化是无法准确模拟的，因此很难为车辆能量管理和控制提供准确的系统状态预测条件，导致存在较大的系统估计误差。SOE 表示电池剩余能量，与功率具有良好的线性关系，避免了SOC估计电池剩余电量的不足。SOE能够更有效地反映电池以往充放电状态对当前充放电的影响，更适合于机电复合传动车辆的能量管理控制。

SOE定义为电池剩余能量占总可用能量的百分比，数学表达式如下所示：

式中，SOE为电池任何时刻的能量状态；E_remain为电池剩余的能量(kJ)；E_consume为消耗的电能；E_bat为电池的额定能量，其定义为电池最大容量和母线电压的乘积：E_bat＝C_max·U。

(二)能量管理控制器状态变量更新方法的确定；

电池剩余能量与电机A和电机B的电功率关系如下所示：