基于预测控制的多模式机电复合传动功率流管理策略研究

多模式机电复合传动系统是重型与非道路车辆实现混合动力的可行方案，研究控制效果更优异、可靠的控制策略是提升多模式机电复合传动系统性能与促进其推广应用的关键内容，优化算法不能实现在线计算是制约控制品质提高的重要瓶颈。针对多模式机电复合传动过程中各部件功率流优化管理与动态过程平稳控制等核心问题，本项目将构建基于预测控制的多模式机电复合传动功率流管理策略。首先，利用近似模型思想与系统辨识技术建立面向控制的多模式机电复合传动预测模型；其次，基于系统方案分析建立针对多模式机电复合传动系统及重型与非道路车辆特殊需求的优化目标与约束条件，基于小生境遗传算法，利用算法组合技术提出能够满足多功率流管理滚动优化质量与效率需求的组合优化算法；最后，利用基于卡尔曼滤波的状态观测器技术在线估计系统状态参数，基于此提出预测模型的反馈校正方法，保证预测准确性。研究将为自主研发性能优良的机电复合传动系统提供理论与技术基础。

多模式机电复合传动系统是重型与非道路车辆实现混合动力的可行方案，研究控制效果更优异、可靠的控制策略是提升多模式机电复合传动系统性能与促进其推广应用的关键内容。针对机电复合传动系统功率流优化与控制等核心问题，本项目以项目组研究开发的用于高机动性重型车辆的双模式机电复合传动系统为基础，研究了功率流优化的模型预测控制策略。针对双模式机电复合传动系统，建立了系统输出转矩、动力电池组状态、发动机动态转矩等预测模型，为预测控制实施提供模型基础。通过将系统输出转矩引入模型预测和控制优化，体现了重型车辆重点考虑满足动力性要求的特点，有别于一般轻型汽车的控制目标。建立了机电复合传动系统功率流优化的多元约束条件，除包括一般的部件工作范围等外特性约束外，还包括功率部件动态特性约束和功率耦合机构决定的转速转矩耦合约束等，专门将动态特性和耦合特性约束引入优化，使优化结果更为接近实际工况。按照功率传递通道建立了考虑系统全局功率损失的综合效率模型，以此作为功率流优化的主要目标。通过罚函数法和模型预测将状态稳定、动力输出要求等性能加入优化目标，从而兼顾动力性、经济性、满足用电功率需求、发动机转速调节平稳、电池组电量平衡等多目标优化要求。提出了基于预测模型的机电复合传动功率流优化约束条件预处理方法，将部件的动态响应特性和系统的耦合特性引入优化计算。将小生境遗传算法引入机电复合传动功率流优化，配合约束预处理缩小寻优空间，在一定程度上兼顾了优化质量和计算时间的矛盾需求，提高了功率流优化分配的效果。建立了基于平均值模型的发动机转矩估计、基于等效电路模型和试验标定的电池组功率流状态关键参数观测等方法，部分观测结果得到了试验验证。在此基础上，建立了机电复合传动功率流模型预测控制策略，设计了预测控制关键参数。该策略通过预测模型进行系统状态预测作为有限时域优化计算的基础，利用优化模型和算法实施在线滚动优化计算，通过状态观测反馈关键状态信息和校正预测模型，实现了良好的功率流分配优化与控制。通过快速控制原型技术和硬件在环仿真技术对该控制策略进行了在线测试，验证了机电复合传动预测控制策略的优越性和可行性。