等效燃油消耗ECMS與龐德里亞金最小值原理PMP中協同狀態的關系


  今兒閱讀了一篇文獻——《車聯網環境下並聯混合動力客車控制策略優化研究》,是北理的博士所寫的,內容比較翔實。主要是里面的關於ECMS和龐德里亞金最小值原理(PMP)的關系推導很讓人印象深刻,故打算把這個過程捋一下。需要說明的是本文同時也參考了文獻【2】的第五章主講PMP的證明過程。

  文獻【1】首先是將漢密爾頓函數用於能量管理策略,表示的結果就如下式4.49所示,λ(t)是協同狀態,而根據PMP(龐德里亞金最小值)原理,協同狀態的動態方程可以由公式4.50表示

  

 

 

          

 

 

 

   在文獻【2】的第55頁,是這樣去描述這個過程,公式

 

 

 和上面文獻【1】的公式是表達一樣的意思,而公式5.17中的w(SOC)則是類似於懲罰函數一樣的東西,主要是判斷取值是否超出邊界,在文獻【2】中w(SOC)的公式如下。 而公式5.16和5.17之所以要在狀態量上加一個*號,就是表達這是最優的取值。

 

 

 

   根據電池SOC在文獻【1】中的計算公式,然后作者認為普通混動汽車電池SOC在較小的范圍內變動,所以電池開路電壓Voc和內阻Rin是常數,與電池SOC無關,所以就推導出公式4.52如下,然后,所以協同狀態λ就是一個常數。

 

 

  在文獻【2】中是如何推導這個過程的呢?作者把公式5.16和5.17進行變化,利用公式3.4,公式3.4中的其實就是dSOC/dt,也就是和文獻【1】中的4.51一樣。最后得到的結果就如公式5.21所示,。其中的推導過程其實如下,緊接着文獻【2】里面說開路電壓和內阻相對於SOC的變化可以忽略不計,於是都是0,那么公式5.21也變成0了,所以協同狀態λ就是一個常數。總的來看,推導過程幾乎一致,唯一的區別是文獻【2】更准確的說明了Voc和內阻R是相對於SOC的倒數為0,而不是一直是個常數不變。

 

 

 

  基於以上的推導過程,文獻【1】最終得到的漢密爾頓函數的另一種形式,,然后再和ECMS的表達式進行比較,就可以發現等效因子和協同狀態λ之間的關系:

 

 

 要記住上面的推導結論,協同狀態λ就是一個常數,但是等效因子s不一定是一個常數,因為開路電壓和內阻其實是隨時間變化的,電池如果老化了,容量值也會發生變化。

 

   這里必須得說明一下,上面文獻【1】中的公式4.59,可以把它稍微變形,因為I=Pm/Voc,而電池SOC的變化 dSOC/dt = I/Qnom,又因為漢密爾頓函數和ECMS等效起來,所以其實可以把ECMS的形式寫成,這樣的話可以把電機的功率值替換成電池SOC,實現起來更為直觀。

 

 

 

 

參考文獻:

【1】《車聯網環境下並聯混合動力客車控制策略優化研究》

【2】Hybrid Electric Vehicles Energy Management Strategies,Chapter 5


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