车用燃料电池混合动力系统的分层控制策略研究
这是一篇关于质子交换膜燃料电池,混合动力系统,显式模型预测控制,分层控制,硬件在环的论文, 主要内容为氢能是用能终端实现绿色低碳转型的重要载体,作为未来国家能源体系的重要组成部分,氢能受到了越来越多的关注和重视。氢燃料电池汽车作为氢能应用的直接表现,燃料电池混合动力系统也因此成为当前研究的热点。车用燃料电池混合动力系统的控制策略是实现燃料电池汽车高效稳定运行的前提,但燃料电池缓慢的动态响应特性,和混合动力系统间的强耦合性与非线性,令车用燃料电池混合动力系统的控制难度增大。基于此,本文针对车用燃料电池混合动力系统设计分层控制策略并展开相关的应用研究,具体研究内容如下:(1)构建燃料电池混合动力系统控制模型。建立以质子交换膜燃料电池和锂电池并联的燃料电池混合动力系统模型,通过对阴极端压力、DC/DC转换器效率和锂电池SOC进行分析以简化所建立模型,并使用多元线性回归拟合方法获得面向控制的车用燃料电池混合动力系统模型。(2)设计分层控制器。以建立的控制模型为基础,运用分层控制原理进行分层控制结构设计,并使用模型预测控制策略进行分层控制器设计;在不同行驶工况下对所设计分层控制器进行仿真分析,证明分层控制器具有较好的稳定性和高效性。同时设计集中式控制器与分层式控制器进行对比分析,结果表明分层式控制器具有比集中式控制器更好的功率跟踪效果、更少的数据量和更快的计算速度。(3)设计显式模型预测控制器。对显式模型预测控制器的设计方法和理论公式进行研究,提供了通过多参数二次规划和开发工具箱两种显式控制器求解方式;并对影响显式模型预测控制器生成数据量的因素进行分析,说明了模型阶数、预测步长、系统扰动数目和控制器约束条件对显式模型预测控制求解状态分区均有影响。(4)搭建硬件在环实验平台并进行联合实验。搭建燃料电池混合动力系统实车实验平台,并基于实车参数数据进行显式模型预测控制器设计;以STM32F407微控制器作为嵌入式开发平台,设计硬件在环试验,结果表明,显式模型预测控制器具有较高的准确度和应用能力;基于搭建的实车实验平台,设计不依靠整车测试设备的实车-SIMULINK联合实验;通过实车测试,建立质子交换膜燃料电池系统静态模型,并设计显式模型预测控制+PI控制的分层控制器;通过联合实验测试证明所设计分层控制器具有较好的控制性能和工程应用能力,为分层模型预测控制在车用燃料电池混合动力系统中的工业应用提供了参考方案。
电控空气悬架系统超视距预瞄控制策略研究
这是一篇关于电控空气悬架,超视距预瞄,云平台,MQTT,硬件在环的论文, 主要内容为电控空气悬架系统预瞄控制是在传统电控空气悬架系统的基础上,将传感器感知的车辆行驶前方道路属性信息耦合于控制策略中,提前给定控制量,解决传统电控空气悬架系统中存在的典型时滞问题。但大多数预瞄控制系统因传感器采集数据量以及悬架控制策略复杂度的增加,车载电子控制单元的存储和数据处理能力有限,难以满足电控空气悬架系统高性能控制的要求。因此,本文利用云平台提供的强大算力和数据库资源解决上述矛盾,并借助云平台存储道路属性等先验信息,以实现电控空气悬架系统的超视距预瞄控制。首先,利用MATLAB/Simulink构建了含空气弹簧充放气模型与电磁阀式阻尼可调减振器模型的电控空气悬架系统模型,并结合Car Sim整车动力学模型建立了电控空气悬架系统联合仿真模型;搭建了具有电控空气悬架系统的七自由度整车动力学模型,为基于模型预测控制的阻尼预瞄控制模块提供精准的预测模型。然后,根据云平台存储的道路属性信息以及车辆运行状态,设计了电控空气悬架系统车身高度预瞄控制模块,其包含车身高度预瞄逻辑控制子模块与基于模糊PID控制的跟踪控制子模块,实现车身高度预瞄控制;同时构建了基于路面预瞄的电控空气悬架系统阻尼模型预测控制器,并将其部署在云平台,保证快速优化需求,以实现不同高度模式下减振器阻尼控制。其次,以物联网平台与云服务器等构建了云平台,并基于消息队列遥测传输(Message Queuing Telemetry Transport,MQTT)协议,设计了车辆设备端与云服务器设备端接入物联网平台程序,实现了车辆状态数据上云和云平台道路属性信息与阻尼控制信号下发功能。最后,为验证所提出的电控空气悬架系统超视距预瞄控制策略的有效性,基于已构建的云平台,利用Car Sim-Simulink联合仿真模型、电子控制单元、远程通信模块以及Kvaser Leaf Light V2 CAN总线分析仪等建立了硬件在环试验平台,并开展半实物仿真试验,研究结果表明,所提出的电控空气悬架系统超视距预瞄控制策略可改善车辆行驶平顺性与操纵稳定性。
车用永磁同步电机控制器硬件在环测试系统设计与开发
这是一篇关于硬件在环,电机模型,故障诊断,电机控制器的论文, 主要内容为推广新能源汽车是解决能源匮乏与环境污染问题的有效手段,电机控制器作为新能源汽车电机驱动系统的核心部件,其性能不仅决定着整车的驱动性能,而且还会影响到车辆驾驶得安全性和可靠性,因此对电机控制器的测试是电驱系统开发中的重要环节。传统的基于台架测试的方法成本高、无法进行自动化测试,且对特殊故障工况的测试存在危险性。硬件在环测试作为一种基于模型的先进测试方法,已被广泛应用于汽车控制器的开发环节。由于电机控制器工作基于高频电力电子开关动作,所以输入输出信号频率显著高于其他常见汽车控制器,其硬件在环系统的软硬件开发也相对困难,目前主要被ds PACE,OPAL-RT等国外公司所垄断。在以上背景下,本文基于Vector公司的VT system通用硬件平台,设计开发了一套车用永磁同步电机控制器硬件在环测试系统,通过完全自主的软件模型设计,为车用电机硬件在环测试提供了一套低成本合理有效的硬件在环系统方案。基于对当下电动汽车电机控制器测试需求的分析,完成了对硬件在环测试系统整体方案的设计,并搭建了硬件在环测试平台。本文利用ds PACE的快速控制原型工具完成了永磁同步电机控制器的初步开发,所开发电机控制器功能包括:控制器工作模式的切换、CAN总线通讯功能、转矩闭环控制算法、空间矢量调制算法以及故障诊断算法。对于逆变器开路故障的诊断算法是基于对电流矢量瞬时频率的分析来实现的;通过坐标变化法完成对电流传感器故障的诊断,并实现了对故障相电流的重构;以及通过设定合理阈值来诊断母线电压故障以及CAN通讯故障。本文中测试在环系统的模型开发涵盖了电机驱动系统中关键的执行器与传感器。对于逆变器模型的开发,本文分析了寄生电容对逆变器端电压输出的影响,搭建了含有死区特性逆变器模型。在永磁同步电机的模型应用中,分析了不同FPGA运算频率对模型误差的影响,在误差相差极小的前提下为了提升系统稳定性选择了较低的基频。本文中实现的传感器模型包括霍尔电流传感器与旋转变压器,传感器信号将通过VT板卡的I/O端口输出到被测控制器。为满足控制器开发对故障诊断算法的测试需求,本文还搭建了不同类型的故障注入模型,通过分析常见电流传感器失效形式,构造了电流传感器断线、增益、偏移故障注入模型;基于对逆变器开路故障的机理分析,通过重构电机的电压与电流来实现故障注入。使用电机控制器的快速控制原型与硬件在环测试系统进行联合仿真测试,通过硬件在环系统对被测电机控制器功能进行逐一测试。借助上位机软件Control desk与CANoe记录测试结果并进行分析。根据对测试结果的分析,认为本文所开发的车用永磁同步电机控制器硬件在环测试系统可满足控制器的开发需求。
车用燃料电池混合动力系统的分层控制策略研究
这是一篇关于质子交换膜燃料电池,混合动力系统,显式模型预测控制,分层控制,硬件在环的论文, 主要内容为氢能是用能终端实现绿色低碳转型的重要载体,作为未来国家能源体系的重要组成部分,氢能受到了越来越多的关注和重视。氢燃料电池汽车作为氢能应用的直接表现,燃料电池混合动力系统也因此成为当前研究的热点。车用燃料电池混合动力系统的控制策略是实现燃料电池汽车高效稳定运行的前提,但燃料电池缓慢的动态响应特性,和混合动力系统间的强耦合性与非线性,令车用燃料电池混合动力系统的控制难度增大。基于此,本文针对车用燃料电池混合动力系统设计分层控制策略并展开相关的应用研究,具体研究内容如下:(1)构建燃料电池混合动力系统控制模型。建立以质子交换膜燃料电池和锂电池并联的燃料电池混合动力系统模型,通过对阴极端压力、DC/DC转换器效率和锂电池SOC进行分析以简化所建立模型,并使用多元线性回归拟合方法获得面向控制的车用燃料电池混合动力系统模型。(2)设计分层控制器。以建立的控制模型为基础,运用分层控制原理进行分层控制结构设计,并使用模型预测控制策略进行分层控制器设计;在不同行驶工况下对所设计分层控制器进行仿真分析,证明分层控制器具有较好的稳定性和高效性。同时设计集中式控制器与分层式控制器进行对比分析,结果表明分层式控制器具有比集中式控制器更好的功率跟踪效果、更少的数据量和更快的计算速度。(3)设计显式模型预测控制器。对显式模型预测控制器的设计方法和理论公式进行研究,提供了通过多参数二次规划和开发工具箱两种显式控制器求解方式;并对影响显式模型预测控制器生成数据量的因素进行分析,说明了模型阶数、预测步长、系统扰动数目和控制器约束条件对显式模型预测控制求解状态分区均有影响。(4)搭建硬件在环实验平台并进行联合实验。搭建燃料电池混合动力系统实车实验平台,并基于实车参数数据进行显式模型预测控制器设计;以STM32F407微控制器作为嵌入式开发平台,设计硬件在环试验,结果表明,显式模型预测控制器具有较高的准确度和应用能力;基于搭建的实车实验平台,设计不依靠整车测试设备的实车-SIMULINK联合实验;通过实车测试,建立质子交换膜燃料电池系统静态模型,并设计显式模型预测控制+PI控制的分层控制器;通过联合实验测试证明所设计分层控制器具有较好的控制性能和工程应用能力,为分层模型预测控制在车用燃料电池混合动力系统中的工业应用提供了参考方案。
柴油发动机ECU硬件在环仿真硬件系统的研究
这是一篇关于柴油机,ECU,硬件在环,硬件,仿真的论文, 主要内容为目前,随着经济的增长以及环境的日益恶化,政府为了响应环保的要求,对发动机的排放物要求越来越严格,并且由于用户对于汽车发动机性能(如燃油经济性、动力性等)的要求越来越高,发动机电控系统(ECU)的功能将越来越多,并且相应的复杂程度也在不断提高,这对系统的可靠性、耐久性将是一个很大考验,相应的开发和测试任务的难度也在不断地加大。传统的ECU开发和调试方法是大量的台架试验。此方法的缺点在于需要大量的台架试验,这将耗费大量人力物力,并且有比较长的开发周期、调试环境不稳定、不能进行极限工况下的测试以及可重复性差,已经难以适应ECU快速升级换代的要求。对于这种问题,一个有效地解决方法是硬件在环仿真系统。本课题采用自主研发的基于嵌入式系统目标机结构的“宿主机-目标机”方案。本课题主要进行如下工作:(1)首先分析需求,结合自己实验室的条件,重新设计了重新设计了柴油机ECU硬件在环仿真系统的总体结构方案;(2)系统硬件的开发;(3)系统底层驱动软件的开发;(4)系统整体调试。目标机(仿真ECU)介于目标ECU和PC机之间,是目标ECU和PC机之间通信的桥梁,主要功能是完成数据的转换、采集目标ECU的信号以及实现数据的通信。研究结果表明,采用基于嵌入式系统目标机结构的方案,具有实时性好、功能拓展性强、软件抗干扰能力强、下载方便等优点,很好的解决了该系统实时性问题。本课题中设计的硬件电路能够实现所需要的信号的转换、传输和采集的功能,同时保证了准确性和实时性。本课题所设计的底层驱动软件采用模块化的设计方案,符合相关软件设计原则和软件模型的要求,同时采用中断和标识符的技术,保证了软件处理的实时性。本课题为柴油机V模式开发的第四个流程“硬件在环仿真”提供了一套仿真的平台,对柴油机电控ECU开发具有指导作用。
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