基于Hamilton方法的电动汽车驱动系统能量动态优化和控制

结题报告

项目介绍

AI项目解读

基本信息

批准号：
50977054
项目类别：
面上项目
资助金额：
40.0万
负责人：
张承慧
依托单位：
山东大学
学科分类：
E0706.电力电子学
结题年份：
2012
批准年份：
2009
项目状态：
已结题
起止时间：
2010-01-01 至2012-12-31

项目参与者：
李珂；朱礼营；朱常青；石庆升；裴文卉；于瑞玲；姬鹏；李绍梅；步刚；
关键词：
电动汽车 Hamilton系统动态效率能量最优控制路况识别

项目摘要

电动汽车已无可争议地成为汽车工业发展的重要方向，但因其是有限能量供电的载人工具，故对能量指标和控制性能要求极为苛刻，续驶里程不足依然是其商业化的瓶颈，寻求高效率高性能驱动系统则是解决问题的关键之一。电动汽车驱动系统是一类异常复杂的被控对象，迫切需要用新理论和方法予以突破。本项目拟首先研究哈密顿系统能量最优控制问题，给出若干理论结果；然后将驱动系统描述成一类端口受控耗散哈密顿系统，结合基于支持向量机的路况识别和预测算法，并运用哈密顿理论，揭示感应电机磁通给定和调节方式与动态效率间的内在关系，研究驱动系统能量动态优化和鲁棒控制策略，以提升电动汽车的动力性、经济性、舒适性和安全性；并设计基于DSP的驱动系统验证新算法。本项目属非线性科学和运动控制技术交叉前沿方向，不仅对哈密顿系统理论的研究和应用有促进作用，而且对我国发展具有自主知识产权的先进电动汽车技术和尽早实现其产业化和高性能化具有重要意义。

结项摘要

电动汽车驱动系统是一类复杂难控的强非线性系统，亟需新理论和方法予以突破。而Hamilton系统作为非线性科学的重要研究领域，具有结构清晰、物理意义明确，Hamilton函数（系统总能量）是其准Lyapunov函数等突出特点，不仅为电动汽车驱动系统提供了一个恰如其分的数学描述，同时也为其能量优化与高性能控制提供了一种崭新的理论工具。课题组在基金的资助下，首先采用先选取能量函数再分解矩阵的方法，建立了考虑铁损的电动汽车用感应电机在dq坐标系下的Hamilton模型，并利用系统互联和阻尼配置的方法对其进行了镇定控制及稳定性分析；然后，针对Hamilton系统的特殊结构，采用能量整形原理将系统的期望能量函数整形到满足该 H-J-B方程的值函数，并通过一系列的矩阵变换，以避免求解偏微分方程，从而得到二次最优控制的解，成功解决了耗散Hamilton系统的最优控制问题。进而将其运用于电动汽车驱动系统，研究了稳态与动态两种Hamilton系统能量优化控制方法，可分别用于车辆稳态行驶及行驶工况变换过程中的驱动系统效率提升，结合基于支持向量机的路况识别和预测算法深度挖掘其节能潜力，以延长车辆续驶里程；最后，在综合考虑电动汽车驱动系统各类内外部扰动的基础上，利用Hamilton系统鲁棒控制理论设计了电动汽车用感应电机的H无穷鲁棒控制器，提升了电动汽车的舒适性和安全性。仿真和试验结果表明，本项目所提出的相关控制算法可使得电动汽车驱动电机能量损耗明显降低，同时与传统的基于的矢量控制的策略相比，具有收敛速度快、转速波动小、鲁棒性好等优点，为电动汽车电驱动系统的高效高性能运行提供了新的途径。课题组在基金的资助下，坚持“理论研究为先导，工程应用为根本，理论实际相结合”的研究宗旨，按照计划书中既定的内容开展研究，顺利完成了各项任务，不仅对Hamilton控制系统理论的研究和应用有促进作用，而且对我国发展具有自主知识产权的先进电动汽车技术和尽早实现其产业化和高性能化具有重要意义。相关研究成果共发表或录用论文14篇，已投稿论文3篇，其中，EI收录11篇。获山东省自然科学二等奖1项（首位）。项目培养博士后2名、博士研究生6人（毕业3人，在读3人）、硕士研究生10人（毕业6人，在读4人）。