混雜系統(tǒng)理論在新能源汽車能量系統(tǒng)建模中應用研究

鄒仲來

摘 要：隨著全球石化資源的枯竭和二氧化碳排放量的增加，再加上環(huán)境污染、全球海平面上升等對人類生活的嚴重危害，人們也開始青睞新能源電動汽車。由于其環(huán)保的特點，它已逐漸進入我們的生活。作為一種新能源，動力電池管理系統(tǒng)正在向智能化方向發(fā)展，對動力電池的能量管理和控制進行優(yōu)化也是非常重要和必要的。因此，研究動力電池能量系統(tǒng)的建模方法具有重要意義。

關鍵詞：混合邏輯動態(tài) 混雜系統(tǒng) 新能源動力電池系統(tǒng)

Research on Application of Hybrid System Theory in New Energy Vehicle Energy System Modeling

Zou Zhonglai

Abstract：With the depletion of global petrochemical resources and the increase in carbon dioxide emissions， coupled with serious harm to human life such as environmental pollution and global sea level rise， people have begun to favor new energy electric vehicles. Due to its environmental protection characteristics， new energy electric vehicles have gradually entered our lives. As a new energy source， the power battery management system is developing towards intelligence， and it is also very important and necessary to optimize the energy management and control of the power battery. Therefore， it is of great significance to study the modeling method of power battery energy system.

Key words：hybrid logic dynamics， hybrid system， new energy power battery system

1 前言

隨著全球經(jīng)濟的復蘇和人們生活水平的提高，汽車已經(jīng)作為一種出行方式進入了人們的生活。經(jīng)過100年的不斷更新和發(fā)展，燃油汽車在各個方面都顯示出獨特的優(yōu)勢。從技術成熟度，習慣和操作自由度上反映出來，它在價格方面占據(jù)了很大的市場空間。聯(lián)合國最近估計，中東石油豐富國家的石油儲備只能在世界上使用不到100年。多年來，石化廢氣也導致二氧化碳的急劇增加，最終導致全球變暖。電動汽車是指由車載電源和電動機驅動的車輛。汽車是新能源汽車的重要組成部分。新能源汽車是指以先進的技術原理、新技術、新的汽車結構等先進技術為基礎，利用常規(guī)車用燃料以外的能源作為動力源，實現(xiàn)能源綜合控制和驅動控制。

2 混雜系統(tǒng)模型研究

混合系統(tǒng)也稱為混合系統(tǒng)。但是，有很多定義。百度百科將其定義為同時包含多個狀態(tài)變量的系統(tǒng)。這些變量來自不同的級別。它們中的至少一個受到另一變量的調制的影響。但是前者是一個統(tǒng)一的動力系統(tǒng)，是由后者不可減少的相互作用所形成的。最常見的定義是：系統(tǒng)系統(tǒng)由一類動態(tài)復雜系統(tǒng)組成，這些系統(tǒng)由連續(xù)子系統(tǒng)和離散子系統(tǒng)組成?；旌舷到y(tǒng)具有以下三個特征：（1）系統(tǒng)具有兩種狀態(tài)形式：離散狀態(tài)和連續(xù)狀態(tài);（2）系統(tǒng)狀態(tài)也隨著連續(xù)狀態(tài)和離散狀態(tài)的變化而變化;（3）離散狀態(tài)和連續(xù)狀態(tài)保持其本質特征。自1990年代系統(tǒng)理論興起以來，它已被IEEE控制協(xié)會確認為具有強大發(fā)展和應用前景的新主題。隨著混合動力系統(tǒng)的發(fā)展，該學科的發(fā)展主要得益于當前計算機科學，數(shù)學科學和控制科學的發(fā)展，在混合動力系統(tǒng)的某些行業(yè)和關鍵領域，例如制造系統(tǒng)，具有一定成就的動力系統(tǒng)，機器人系統(tǒng)等。

該混合系統(tǒng)具有以下三個特點：穩(wěn)定性、可達性和可控性。其中，可達性研究的結果主要用于評價系統(tǒng)的安全性。有兩種可達性：自動機達到線性問題，線性系統(tǒng)具有連續(xù)狀態(tài)變化的可達性。對系統(tǒng)進行了全面的分析，充分考慮了控制器的標定和控制器的綜合，并將這些附加的特殊問題引入到系統(tǒng)中，具有廣泛的應用范圍。對混合系統(tǒng)理論研究中的問題進行了分析和解決，并利用多個函數(shù)對混合系統(tǒng)進行了研究，然后對切換混合系統(tǒng)進行了分析，從而使混合系統(tǒng)的研究不僅可以像以往那樣考慮離散事件的情況，而且可以忽略連續(xù)狀態(tài)的可能性。如上所述，混合系統(tǒng)是離散事件和連續(xù)狀態(tài)系統(tǒng)的混合體。在外部性能方面，系統(tǒng)可以分為兩類：第一類系統(tǒng)通常具有離散事件的特征，而連續(xù)狀態(tài)部分可以是用作狀態(tài)嵌入式系統(tǒng);另一種類型的系統(tǒng)顯示了全局連續(xù)狀態(tài)的特征。離散事件僅用于在離散事件下劇烈振蕩的系統(tǒng)。由于這兩種不同的焦點和方法，聚合也可以用于使用擴展詞來描述它們。一種類型的系統(tǒng)對應于聚合類型，第二種類型對應于擴展。在擴展方法中，有時會發(fā)生分離事件，因此您可以在微分方程中使用元素。

燃料電池汽車雙能源的能量管理策略對提高車輛燃油經(jīng)濟性及動力源甚至整車壽命都具有極其重要的作用。合理的能量管理策略應兼顧車輛動力性能及燃油經(jīng)濟性，即需滿足控制策略的時效性與高效性。

目前，應用于燃料電池汽車的能量管理策略主要分為基于確定規(guī)則的控制策略、基于模糊控制的控制策略及基于優(yōu)化的控制策略。相較于其他兩種控制策略，模糊控制策略對數(shù)學模型依賴度低，更易于理解，且具有較好的時效性，因此在車輛控制領域得到了廣泛的應用。

3 系統(tǒng)建模方法研究

當使用混合系統(tǒng)理論對新能源純電動汽車的能源系統(tǒng)進行建模時，混合系統(tǒng)中的混合邏輯動力學是一種用于實際工程應用的建模方法。它具有命題邏輯規(guī)則，并且定性相結合。知識和建模的原因是，模型是一種擴展方法，可以確保建模中的離散性?；旌线壿媱討B(tài)MLD模型集成了系統(tǒng)的三個狀態(tài)，即輸入，狀態(tài)和輸出，以及定性知識，專家經(jīng)驗和連續(xù)性，連續(xù)動態(tài)系統(tǒng)充分考慮了系統(tǒng)框架，建立了具有連續(xù)和離散特性的混合系統(tǒng)?；旌线壿媱討B(tài)模型通過將模型中的離散事件和離散狀態(tài)轉換為整數(shù)線性不等式來研究模型。同時，它集中于命題，邏輯和專家經(jīng)驗的結合以轉換非線性。該命題被轉換為線性混合整數(shù)不等式方程，并解決了系統(tǒng)中數(shù)據(jù)更改的問題。該過程轉換了統(tǒng)一的輸入，狀態(tài)和輸出的三個狀態(tài)，并充分考慮了定性知識和專家經(jīng)驗，以統(tǒng)一連續(xù)的動態(tài)系統(tǒng)。支持連續(xù)和離散集成的系統(tǒng)框架。

所謂命題邏輯規(guī)則，是指在一定范圍內常用的基于算術和邏輯算子的命題系統(tǒng)以及由操作數(shù)構成的命題形式。它們廣泛應用于數(shù)學、控制、物理等學科。計算機是命題系統(tǒng)和某種形式系統(tǒng)形成之間的邏輯關系，這些系統(tǒng)具有一維，二維甚至更高的維度。這些命題可以在一定空間中對應于它們的邏輯形式規(guī)則。在某些情況下，規(guī)則系統(tǒng)對應于數(shù)學表達式的關系。使用數(shù)學公式和定理來推導關系表達式以實現(xiàn)邏輯規(guī)則。公理的范圍可以從空集，有限集到無限集。

專家經(jīng)驗方法，也稱為專家判斷預測方法，是將來在某個領域中開發(fā)的最權威的預測方法。它的觀點是權威的，這是顯而易見的。專家預測方法就是基于這種共識。專家判斷預測方法將專家作為信息獲取的對象，專家利用自身的知識和經(jīng)驗將預測對象視為直觀的社會環(huán)境。

4 制動力分配策略

（1）在需求制動強度時，再生制動系統(tǒng)不開啟，前后輪制動力分配由理想制動力I曲線進行分配，電機不提供制動力，前后輪摩擦制動承擔整車制動力。前后輪制動力之和與整車路面附著力相等且前后輪制動力分別等于前后輪各自路面附著力。其關系式為：

（2）在需求制動強度時，制動力完全由驅動電機提供，前輪提供制動的強度也就是電機所提供的制動強度，后輪不提供制動力。

（3）在需求制動強度時，整車制動力由前輪制動力提供，電機此時處于最大制動力提供范圍內，超過電機制動強度所能承受的范圍由前輪摩擦制動力補充。對于前輪驅動純電動車而言，前輪抱死可以最大限度得回收能量，前輪單獨制動，后輪制動力Fxb2為零，則可得前輪能提供最大制動力為：

（4）在需求制動強度時，后輪摩擦制動力介入整車制動，前后輪制動力比例以I曲線進行分配，制動力的分配仍然以前輪為主，電機制動仍然占據(jù)主導，盡可能最大化回收能量。

（5）在需求制動強度時，隨著需求制動強度逐漸增大，為保證車輛制動安全與穩(wěn)定，后輪摩擦制動力的比例也會有所提高，此時制動力分配如圖2-4中BC線段所示，B點值由公式2-4在路面附著系數(shù)為0.7時計算得到為0.526，此時依照線組在制動強度為0.7條件下的制動力進行分配，保障了制動效能。

（6）在需求制動強度時，緊急制動開啟前后輪制動在臨界點同時抱死，利用曲線進行制動力分配，在保證車輛穩(wěn)定性的同時有效地利用了地面附著條件，此時電機不參與工作，前后輪制動力完全由摩擦制動提供（圖1）。

5 結束語

本文提出了一種通過可編程的時間分配來構建混合系統(tǒng)模型的方法和步驟?；旌舷到y(tǒng)分為離散事件邏輯層和多個連續(xù)動態(tài)層。通過監(jiān)視和協(xié)調電力系統(tǒng)的連續(xù)動態(tài)層和離散邏輯層，描述了電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)。給出并仿真了電力系統(tǒng)建模的示例。仿真結果表明，該建模方法是可行的，非常適用于混合動力系統(tǒng)的建模和動力學研究，如保護動作的分析，電網(wǎng)的動態(tài)影響，電壓集成設備的使用，控制和控制等。

參考文獻：

[1]曹曉冬，楊世海，支亞薇，et al. 基于有限狀態(tài)自動機的電力電子混雜系統(tǒng)建模[J]. 電力電子技術，2019（6）：17-22.

[2]陳文卓. 切換系統(tǒng)下永磁同步電機混雜系統(tǒng)模型[J]. 河北大學學報（自然科學版），2019，39（4）：430-436.

[3]趙爭鳴，施博辰，朱義誠.高壓大容量電力電子混雜系統(tǒng)控制技術綜述[J]. 高電壓技術，2019，45（7）.

[4]高永峰.非線性控制系統(tǒng)的事件觸發(fā)機制設計[D]. 大連理工大學，2017.

[5]楊洋. 多端口電磁--機電暫態(tài)混合仿真誤差機理與接口技術研究[D]. 華北電力大學（北京），2017.

[6]王錫坤. 康復運載型下肢外骨骼的步態(tài)規(guī)劃與軌跡跟蹤控制研究[D]. 南京理工大學，2017.