[發(fā)明專利]一種適用于燃料電池系統(tǒng)能量管理的極小值目標(biāo)方程數(shù)值求解方法在審
| 申請?zhí)枺?/td> | 202111644044.4 | 申請日： | 2021-12-29 |
| 公開（公告）號： | CN114357365A | 公開（公告）日： | 2022-04-15 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 高慧中;路駿;孫盼;劉景云 | 申請（專利權(quán)）人： | 西安精密機(jī)械研究所 |
| 主分類號： | G06F17/13 | 分類號： | G06F17/13 |
| 代理公司： | 西北工業(yè)大學(xué)專利中心 61204 | 代理人： | 屠沛 |
| 地址： | 710077 陜*** | 國省代碼： | 陜西;61 |
| 權(quán)利要求書： | 查看更多 | 說明書： | 查看更多 |
| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 適用于 燃料電池 系統(tǒng) 能量 管理 極小 目標(biāo) 方程 數(shù)值 求解 方法 | ||
本發(fā)明提供一種適用于燃料電池系統(tǒng)能量管理的極小值目標(biāo)方程數(shù)值求解方法，解決UUV燃料電池混合動力系統(tǒng)能量管理問題下，現(xiàn)有目標(biāo)方程求解方法存在不能始終收斂的技術(shù)問題。該求解方法是在傳統(tǒng)割線法的基礎(chǔ)上，結(jié)合燃料電池混合系統(tǒng)中鋰電池SOC關(guān)于目標(biāo)方程Lagrange乘子單調(diào)的特性融入了二分法，可用于求解邊值問題下的優(yōu)化方程，此方法有效規(guī)避了可能存在的除0錯誤，使其從任意初值總能收斂至最優(yōu)解附近，解決了由于初值選擇不合適導(dǎo)致的求解過程無法收斂的問題，對于利用極小值原理解決能量管理問題，實現(xiàn)系統(tǒng)最優(yōu)控制提供了穩(wěn)定可行的求解方法。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于邊界問題下的數(shù)值求解算法，具體涉及一種適用于燃料電池系統(tǒng)能量管理的極小值目標(biāo)方程數(shù)值求解方法，適用于UUV上燃料電池混合供電系統(tǒng)的能量管理策略設(shè)計。
背景技術(shù)
使用鋰電池和燃料電池構(gòu)成的混合系統(tǒng)兼具兩者技術(shù)優(yōu)勢，是未來水下裝備動力技術(shù)的發(fā)展方向之一。以極小值原理設(shè)計的最優(yōu)化目標(biāo)方程作為能量管理策略可以提升系統(tǒng)整體性能，因此求解優(yōu)化目標(biāo)方程的方法將是影響系統(tǒng)整體性能的關(guān)鍵所在。
UUV的工作環(huán)境特殊，需以氫氣消耗最小作為能量管理目標(biāo)。以等效消耗方法將鋰電池荷電狀態(tài)(SOC)變化折算為等效的氫氣消耗量，利用極小值原理建立起表征系統(tǒng)瞬時等效氫氣消耗的Hamilton優(yōu)化方程，通過使鋰電池SOC在運行時間內(nèi)持續(xù)下降至可用最低限減少系統(tǒng)等效氫氣消耗。考慮到所建立的優(yōu)化方程為高階微分方程且Lagrange乘子初值λ(0)未知，因此無法求得方程的解析解，必須采用數(shù)值法迭代求解。
由于電池SOC下限已知，因此可等效為一個邊界問題，解決這類問題的最常用方法為割線法。傳統(tǒng)割線法使用前兩次的SOC迭代計算結(jié)果修正第i次的Lagrange乘子初值λi(0),(i＝3,4，....)，當(dāng)Lagrange乘子初值λ(0)取值遠(yuǎn)離最優(yōu)解時，可能導(dǎo)致迭代計算中的第i-2、i-1次計算過程的最終SOC結(jié)果相同，由此導(dǎo)致遞推中以兩者差值作為分母的求解方程出現(xiàn)除0錯誤，出現(xiàn)無窮結(jié)果，使得迭代過程不能收斂至最優(yōu)狀態(tài)。
針對求解能量管理微分方程的常規(guī)迭代方法不能始終收斂，導(dǎo)致無法達(dá)到最優(yōu)能量管理目標(biāo)的問題，需要對其加以改進(jìn)，構(gòu)建一種從任意初值λ(0)出發(fā)總能收斂至最優(yōu)解的邊值問題求解方法，使能量管理可達(dá)到最優(yōu)目標(biāo)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決UUV燃料電池混合動力系統(tǒng)能量管理問題下，現(xiàn)有目標(biāo)方程求解方法存在不能始終收斂的技術(shù)問題，而提供一種適用于燃料電池系統(tǒng)能量管理的極小值目標(biāo)方程數(shù)值求解方法。
本發(fā)明的構(gòu)思：
本發(fā)明在利用極小值原理解決UUV燃料電池混合動力系統(tǒng)性能最優(yōu)的問題中，利用調(diào)節(jié)參數(shù)的單調(diào)變化特性在原有方法中融入二分法，改進(jìn)微分方程的數(shù)值化迭代過程。計算中首先定義一個任意取值的Lagrange乘子初值λ(0)，作為迭代計算的起始點；第二步，在λ(0)上加入預(yù)定義的調(diào)整量Δ作為第二次迭代計算的起始值λ2(0)；第三步，按照傳統(tǒng)割線法定義修正第i次的計算起始值λi(0)。考慮到Lagrange乘子λ是SOC變化率的負(fù)反饋因子，即增大λ能抑制SOC增長速率，降低λ能促進(jìn)SOC增長速率，意味λ關(guān)于SOC的函數(shù)是單調(diào)變化。因此，當(dāng)?shù)趇-2、i-1次計算中的最終SOC相同時，若該SOC數(shù)值小于目標(biāo)值SOCL則按照二分法減小λi(0)，若該SOC數(shù)值大于目標(biāo)值SOCL則按照二分法的逆向思路增大λi(0)，并不斷迭代，直至最終的SOC值落入以SOCL為中心，允許誤差ε為半徑的區(qū)間內(nèi)，即可得到最優(yōu)的能量管理策略。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所提供的技術(shù)解決方案是：
一種適用于燃料電池系統(tǒng)能量管理的極小值目標(biāo)方程數(shù)值求解方法，其特征在于，包括以下步驟：
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