本發(fā)明涉及水陸兩棲混合動力設(shè)備，具體涉及一種基于pmp優(yōu)化的水陸混合動力兩棲車航行功率分配方法。

背景技術(shù)：

1、水陸兩棲混合動力系統(tǒng)的功率分配方法主要包含基于規(guī)則、基于頻率、基于全局優(yōu)化以及基于瞬時優(yōu)化等方法?；谝?guī)則的功率分配方法因算法簡單易于實現(xiàn)被廣泛采用，但是設(shè)定過程過度依賴工程經(jīng)驗，而且若切換條件設(shè)置不合理，會嚴重影響分配效果。

2、盡管目前的功率分配方法可以通過設(shè)置切換條件而進行動力源的功率分配，但是未充分考慮動力源工作變化可誘發(fā)切換條件改變的關(guān)鍵因素，限制了功率的最佳分配。因此，針對切換條件固定引發(fā)分配效果差的問題，引入了龐特里亞金極小值原理(pmp)對切換條件進行了實時優(yōu)化，提升整體運行效率。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、鑒于上述存在的問題，提出了一種基于pmp優(yōu)化的水陸混合動力兩棲車航行功率分配方法。

2、因此，本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：基于規(guī)則的功率分配算法已廣泛應(yīng)用于混合動力系統(tǒng)功率分配，但規(guī)則的設(shè)定過度依賴工程經(jīng)驗，整體運行的效果較差。本專利將利用pmp算法優(yōu)化規(guī)則的靜態(tài)切換條件，使其依托設(shè)備的狀態(tài)進行實時調(diào)整，獲得動態(tài)切換條件，提高整個系統(tǒng)的優(yōu)化效果。

3、本發(fā)明的實現(xiàn)包括如下步驟：

4、1、構(gòu)建水陸兩棲混合動力系統(tǒng)動力源輸出功率關(guān)系，具體包括：

5、構(gòu)建需求功率pref與發(fā)動機功率peng、可逆電機功率pm的關(guān)系，如式(1)所示。

6、peng＝pref-pm?(1)

7、構(gòu)建電池功率pbat與可逆電機功率pm的關(guān)系，如式(2)-(3)所示。

8、

9、

10、式中pref為需求功率，peng為發(fā)動機功率，pm為可逆電機功率，pbat為電池功率，ηm為可逆電機的工作效率，pbat,loss為電池消耗功率，其中voc為蓄電池的開路電壓，r為蓄電池內(nèi)電阻。

11、構(gòu)建發(fā)動機功率peng與燃料釋放功率pfuel存在的關(guān)系，如式(4)所示。

12、

13、式中pfuel為燃料釋放功率，peng,loss為發(fā)動機摩擦損耗功率，e為發(fā)動機熱效率。

14、2、依據(jù)pmp理論構(gòu)造關(guān)于可逆電機功率的哈密頓函數(shù)，如式(5)所示。

15、

16、式中h(pm)為關(guān)于可逆電機功率pm的哈密頓函數(shù)，δ為發(fā)動機工作狀態(tài)，s為動態(tài)協(xié)調(diào)因子。

17、水陸混合動力兩棲車航行狀態(tài)下，根據(jù)動力源參與工作情況可劃分為混合推進模式、機械推進模式、機械充電推進模式以及電力推進模式。依據(jù)式(5)的哈密頓函數(shù)可推導(dǎo)出不同工作模式下的哈密頓表達式如式(6)所示。

18、

19、式中h1，2,3,4分別表示混合動力系統(tǒng)工作在混合推進模式、機械推進模式、機械充電推進模式以及電力推進模式時的哈密頓函數(shù)，為了尋找哈密頓函數(shù)(式(6))的最小控制pm，需要進一步分析哈密頓函數(shù)對于pm的一階和二階導(dǎo)數(shù)，其中h1和h3因一次項系數(shù)的正負具有不確定性，導(dǎo)致哈密頓函數(shù)最小值的計算也具有不確定性，因此，對h1和h3求關(guān)于pm的一階導(dǎo)數(shù)和二階導(dǎo)數(shù)如式(7)所示。

20、

21、通過式(7)可知，當時，h1和h3的一階導(dǎo)數(shù)均小于0，呈下降趨勢；當時，h1的一階導(dǎo)數(shù)大于0，h3的一階導(dǎo)數(shù)小于0，變化趨勢相反；當時，h1和h3的一階導(dǎo)數(shù)均大于0，呈上升趨勢且因此，可逆電機功率的哈密頓函數(shù)極小值表達式如式(8)所示。

22、

23、3、基于可逆電機功率的哈密頓函數(shù)確定運行模式動態(tài)切換條件，確定最終控制變量可逆電機功率pm以及發(fā)動機功率peng的最佳工作值：

24、根據(jù)哈密頓函數(shù)式(6)可知，h2和h4與可逆電機功率pm無關(guān)，因此只需要對h1和h3的最小值進行計算。h1和h3都是關(guān)于電機功率的二次函數(shù)，pm極小值可通過對哈密頓函數(shù)求一階導(dǎo)數(shù)得到，如式(9)所示。

25、

26、將式(9)代入到式(6)計算，并結(jié)合式(8)可獲得動態(tài)切換條件，如下：

27、當時，h4取極小值，否則h1取極小值。

28、當時，h4取極小值，否則h2取極小值。

29、當時，h4取極小值，否則h3取極小值。

30、上述切換條件中可逆電機效率ηm、發(fā)動機熱效率e、協(xié)調(diào)因子s以及發(fā)動機摩擦損耗功率peng,loss不是定值，故通過哈密度函數(shù)制定的切換條件會隨著混合動力系統(tǒng)運行狀態(tài)的改變而變動，克服了傳統(tǒng)基于規(guī)則方法人為確定邊界條件的缺陷。

31、綜上，結(jié)合式(6)-(8)以及上述的動態(tài)切換條件可獲得最終控制變量可逆電機功率pm以及發(fā)動機功率peng的最佳工作值為：

32、

33、peng＝pref-pm?(11)

34、本申請的有益效果在于：本申請充分考慮動力源工作變化可誘發(fā)切換條件改變的關(guān)鍵因素，針對切換條件固定引發(fā)分配效果差的問題，引入了龐特里亞金極小值原理(pmp)對切換條件進行了實時優(yōu)化，提升整體運行效率。

技術(shù)特征：

1.基于pmp優(yōu)化的水陸混合動力兩棲車航行功率分配方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于pmp優(yōu)化的水陸混合動力兩棲車航行功率分配方法，其特征在于，所述步驟(1)中的構(gòu)建水陸兩棲混合動力系統(tǒng)動力源輸出功率關(guān)系，具體包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于pmp優(yōu)化的水陸混合動力兩棲車航行功率分配方法，其特征在于，水陸混合動力兩棲車航行狀態(tài)下，根據(jù)水陸兩棲混合動力系統(tǒng)動力源參與工作情況，將運行模式劃分為混合推進模式、機械推進模式、機械充電推進模式以及電力推進模式。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于pmp優(yōu)化的水陸混合動力兩棲車航行功率分配方法，其特征在于，所述步驟(2)中基于pmp理論，構(gòu)造可逆電機功率的哈密頓函數(shù)，具體包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于pmp優(yōu)化的水陸混合動力兩棲車航行功率分配方法，其特征在于，結(jié)合混合推進模式、機械推進模式、機械充電推進模式以及電力推進模式的哈密頓表達式以及動態(tài)切換條件，獲得最終控制變量可逆電機功率pm以及發(fā)動機功率peng的最佳工作值為：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及水陸兩棲混合動力設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于PMP優(yōu)化的水陸混合動力兩棲車航行功率分配方法，包括：構(gòu)建水陸兩棲混合動力系統(tǒng)動力源輸出功率關(guān)系；基于PMP理論，構(gòu)造可逆電機功率的哈密頓函數(shù)；基于可逆電機功率的哈密頓函數(shù)確定運行模式動態(tài)切換條件，確定最終控制變量可逆電機功率P<subgt;m</subgt;以及發(fā)動機功率P<subgt;eng</subgt;的最佳工作值，本申請充分考慮動力源工作變化可誘發(fā)切換條件改變的關(guān)鍵因素，針對切換條件固定引發(fā)分配效果差的問題，引入了龐特里亞金極小值原理(PMP)對切換條件進行了實時優(yōu)化，提升整體運行效率。

技術(shù)研發(fā)人員：孫曉軍,高英博,張本榮,韓佳誠,陳學(xué)文
受保護的技術(shù)使用者：遼寧工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15