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，正逐步进入人们的生活。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M LD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。

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第一章 绪 论

1.1 电动汽车之发展过程

1.2 课题研究背景

1.3 新能源汽车能量管理系统在国内外的研究现状

1.4 课题的来源与研究内容

1.5 本章小结

第二章 混杂系统模型研究

2.1 混杂系统概念

2.2 混杂系统特性分析

2.3 混杂系统模型

2.3.1 层次模型

2.3.2 切换系统模型

2.3.3 混杂自动机模型

2.3.4 混杂Petri网

2.3.5 混合逻辑动态系统模型(MLD)

2.3.6 多Agent模型

2.3.7 仿真模型

2.4 本章小结

第三章 新能源能量系统建模方法研究

3.1 方法概述

3.2 命题逻辑规则

3.2.1 命题演算的形式描述

3.2.2 公理系统

3.2.3 自然演绎系统

3.2.4 可靠性和完备性

3.2.5 可靠性证明

3.2.6 完备性证明

3.3 专家经验方法

3.3.1 专家个人预测法

3.3.2 专家会议预测法

3.3.3 特尔菲法(Delphi)

3.4 MLD方法建模分析

3.4.1 命题逻辑转化成混合线性不等式的方法

3.4.2 MLD建模的一般步骤

3.5 动力电池系统MLD模型

3.5.1 系统建模过程分析

3.5.2 能量系统模型建立

3.6 本章小结

第四章 GPC算法优化系统模型

4.1 GPC算法概述

4.1.1 GPC产生背景及定义

4.1.2 GPC基本方法

4.1.3 GPC算法的稳定性

4.2 MLD模型与GPC算法

4.3 本章小结

第五章 系统设计与仿真实验

5.1 实验系统设计

5.2 实验与仿真结果

5.2.1 实验系统与仿真对比

5.2.2 仿真结果对比分析

5.3 本章小结

第六章 总结和展望

6.1 研究总结

6.2 工作展望

参考文献

硕士期间参与的科研项目

攻读硕士学位期间发表的论文