[發(fā)明專利]一種車載系統(tǒng)能量管理的自適應模糊控制方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610813512.9
• 申請日: 2016-09-11
• 公開（公告）號: CN106647251A
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳劍;徐陳鋒;武成帥
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司33200
• 代理人: 林超

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于車載系統(tǒng)能量管理領(lǐng)域，涉及了一種車載系統(tǒng)能量管理的自適應模糊控制方法，對負載需求功率的跟蹤、系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)的在線估計以及系統(tǒng)的安全性問題。

背景技術(shù)

近年來，能源危機和環(huán)境污染問題日趨嚴重，可再生的新能源技術(shù)在人們生活中得到越來越廣泛的應用，如燃料電池系統(tǒng)，它是直接將燃料的化學能轉(zhuǎn)換為電能的能量轉(zhuǎn)換裝置，具有能量轉(zhuǎn)換效率高、可再生、零污染等特點，因此在車輛系統(tǒng)中得到廣泛應用。但由于這些新能源作為車載主能源系統(tǒng)功率特性偏軟，因此需要與鋰電池或者超級電容等輔助能源進行混合為車輛提供動力，從而提升車輛系統(tǒng)的動態(tài)響應能力。這些輔助能源具有動態(tài)特性好、功率密度高、幾乎無污染等特點。但是如何在不斷變化的車輛動態(tài)系統(tǒng)中有效的管理主能源和輔助能源之間功率輸出，一直是當今研究的熱點，這對提升系統(tǒng)的能量利用率，保持車輛穩(wěn)定性具有重要意義。

圖1所示是本發(fā)明所研究的混合動力車能量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，其中主能源系統(tǒng)通過一個單向DC/DC轉(zhuǎn)換器與負載相連，而輔助能源系統(tǒng)直接連接到系統(tǒng)總線上。這種車輛動力系統(tǒng)的構(gòu)型具有成本低，對迅速變化的負載需求響應快，能量利用率較高等特點，因此廣泛地應用于混合動力車輛系統(tǒng)中。

在車輛實際行駛過程中，工況需求不斷變化，在不同工況下(再生制動工況、正常工況和過載工況)，主能源系統(tǒng)和輔助能源的輸出有不同的動態(tài)特性和系統(tǒng)限制，因此在車輛能量系統(tǒng)中，針對不同的工況和系統(tǒng)動態(tài)特性，制定符合其特點的功率管理策略對提升控制器性能和提高能源利用率具有重要意義。

在輔助能源為電池(如鋰電池)系統(tǒng)的情況下，電池的荷電狀態(tài)(SOC)是反應電池狀態(tài)的重要指標，但是由于電池SOC無法測量，現(xiàn)有的觀測器也無法對電池SOC進行準確估計。因此對電池SOC的控制具有重要意義，同時也有助于保障車輛系統(tǒng)的穩(wěn)定性與安全性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種車載系統(tǒng)能量管理的自適應模糊控制方法。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是包括以下步驟，如圖1所示：

1)對車載系統(tǒng)的關(guān)鍵特征參數(shù)進行在線估計；

2)根據(jù)關(guān)鍵特征參數(shù)的在線估計值對負載電流進行自適應在線更新，以對各能量源之間的功率管理；

3)針對不同工況需求和輔助能源的系統(tǒng)狀況，利用模糊控制律控制關(guān)鍵特征參數(shù)。

所述的關(guān)鍵特征參數(shù)包括負載等效電流和輔助能源的等效內(nèi)阻。

所述的負載等效電流采用以下公式的自適應更新律進行在線估計：

其中，表示負載電流源內(nèi)阻估計值，表示中間變量，p₁表示等效負載電流源自適應因子，R_p表示負載電流源內(nèi)阻估計值，i_l表示負載電流， 表示負載電流估計值，基于估計參數(shù)所得到的負載電流估計值是實際是負載電流i_l的低頻成分，i_p表示等效負載電流源電流值，表示等效負載電流源電流的估計值，β₁表示估計器增益，是一個需要整定的正常數(shù)；i_p,max與i_p,min分別表示等效負載電流源電流值的上確界和下確界；從而使得負載等效電流的估計值一直在負載等效電流的實際值i_p的上下界范圍之內(nèi)，即滿足以下公式：

其中，i_p,max和i_p,min由i_p的上下界確定，根據(jù)實際運行中負載電流情況，可根據(jù)上式對i_p的上下界做出確定。

所述的輔助能源的等效內(nèi)阻采用以下公式的自適應更新律進行在線估計：

其中，g₂表示中間變量，μ是需整定正參數(shù)，p₂表示輔助能源內(nèi)阻自適應因子，R₁表示輔助能源等效內(nèi)阻，表示輔助電源等效內(nèi)阻的估計值，i_B表示輔助能量源輸出電流，V_B表示總線電壓，表示輔助能源的開路電壓預設(shè)值，對應于輔助能源的SOC；β₂表示內(nèi)阻估計器增益，是一個需要根據(jù)仿真和實驗整定的正常數(shù)；R_1,max與R_1,min是分別表示R₁的上確界和下確 界，都是正值，從而使得輔助能源等效內(nèi)阻的估計值一直在實際值的上下界范圍之內(nèi)，即滿足以下公式：