混杂系统理论在新能源汽车能量系统建模中应用研究

【摘要】：全球石化资源的日益枯竭，以及二氧化碳排放的大幅增加，伴随而来的是环境的污染，全球海平面的上升等严重危害人类生命的现状。于是人们对新能源电动汽车的青睐也随之而来，因其具备十分环保的特质，不会对环境造成污染等优点，正逐步进入我们的生活。动力电池管理系统(BMS)作为新能源汽车的核心技术之一，在实现对整车智能控制的基础上，对动力电池的能量进行优化管理与控制，同样也是十分重要和必要的。所以，研究动力电池能量系统的建模方法是具有十分重大意义的工作。 本文以新能源汽车实验用电池包作为能量源，综合分析针对动力电池的能量建模方法，根据混杂系统的理论和方法来对新能源动力电池系统进行建模，在分析混杂系统模型的各种方法的基础上，采用混合逻辑动态（MLD）的方法，对系统能量实现优化分配，从而提高汽车的安全行驶和精确的续驶行程。 本文首先对电动汽车的发展历史进行了相应的重温，描述了本文课题所研究的背景以及本课题在国内外研究的现状，给出课题的来源和研究内容等。接着描述了混杂系统理论建模方法，首次把混杂系统理论应用于新能源汽车能量建模中，指出系统建模在电动汽车动力电池管理系统中应用的重要性，概述了本文的主要研究内容。然后分析了混杂系统理论并对其做出总结。指出目前混杂系统所涉及并应用到的领域，对混杂系统的概念进行阐述；接着给出几种典型的混杂建模方法。在此基础上，提出本文具体的建模方法。 其次，针对电动汽车用动力电池系统的实际需要，采用混杂系统建模中的混合逻辑动态模型（MLD）对动力电池系统建模，结合逻辑规则和专家经验等知识，运用整数线性不等式建立模型。运用MLD方法对动力电池系统建立模型，综合考虑系统能量源、能耗单元之间的连续动态变化和离散事件变化的关系，同时把广义预测控制算法GPC结合到MLD模型中，对模型进行优化。 再次，设计实验系统及仿真。设计实验系统，展现系统各个模块的功能。把MLD结合GPC算法的模型应用到动力电池管理系统中，最后把实现的结果和仿真结果进行分析和对比，验证该方法的可靠性和准确性。 最后总结全文，并给出本领域以后可能的研究方向和具体要求以及所需改进的工作。 【关键词】：混合逻辑动态 混杂系统 新能源动力电池系统 建模
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：U469.7
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-8
• 致谢8-13
• 第一章 绪论13-21
• 1.1 电动汽车之发展过程13-16
• 1.2 课题研究背景16-18
• 1.3 新能源汽车能量管理系统在国内外的研究现状18-19
• 1.4 课题的来源与研究内容19-20
• 1.5 本章小结20-21
• 第二章 混杂系统模型研究21-28
• 2.1 混杂系统概念21-22
• 2.2 混杂系统特性分析22
• 2.3 混杂系统模型22-27
• 2.3.1 层次模型23-24
• 2.3.2 切换系统模型24
• 2.3.3 混杂自动机模型24-25
• 2.3.4 混杂Petri网25
• 2.3.5 混合逻辑动态系统模型（MLD）25-26
• 2.3.6 多Agent模型26
• 2.3.7 仿真模型26-27
• 2.4 本章小结27-28
• 第三章 新能源能量系统建模方法研究28-46
• 3.1 方法概述28
• 3.2 命题逻辑规则28-36
• 3.2.1 命题演算的形式描述29-30
• 3.2.2 公理系统30-31
• 3.2.3 自然演绎系统31-32
• 3.2.4 可靠性和完备性32
• 3.2.5 可靠性证明32-33
• 3.2.6 完备性证明33-36
• 3.3 专家经验方法36-39
• 3.3.1 专家个人预测法36
• 3.3.2 专家会议预测法36-37
• 3.3.3 特尔菲法(Delphi)37-39
• 3.4 MLD方法建模分析39-42
• 3.4.1 命题逻辑转化成混合线性不等式的方法39-40
• 3.4.2 MLD建模的一般步骤40-42
• 3.5 动力电池系统MLD模型42-45
• 3.5.1 系统建模过程分析42-43
• 3.5.2 能量系统模型建立43-45
• 3.6 本章小结45-46
• 第四章 GPC算法优化系统模型46-52
• 4.1 GPC算法概述46-49
• 4.1.1 GPC产生背景及定义46-47
• 4.1.2 GPC基本方法47-49
• 4.1.3 GPC算法的稳定性49
• 4.2 MLD模型与GPC算法49-50
• 4.3 本章小结50-52
• 第五章 系统设计与仿真实验52-55
• 5.1 实验系统设计52-53
• 5.2 实验与仿真结果53-54
• 5.2.1 实验系统与仿真对比53-54
• 5.2.2 仿真结果对比分析54
• 5.3 本章小结54-55
• 第六章 总结和展望55-57
• 6.1 研究总结55
• 6.2 工作展望55-57
• 参考文献57-61
• 硕士期间参与的科研项目61
• 攻读硕士学位期间发表的论文61-62

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