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原文传递混合型燃料电池汽车能源管理策略与动力控制器研究

论文题名：	混合型燃料电池汽车能源管理策略与动力控制器研究
关键词：	混合型燃料电池汽车;能源管理;自适应控制器;动力学分析
摘要：	能源危机和环境污染问题亟待解决，燃料电池汽车作为新能源汽车的代表之一，是替代传统内燃机汽车的理想解决方案，正逐步在交通运输业得到应用，燃料电池汽车以其无污染、动力性强、能量利用率高、续航里程长等优势，取得了各大车企和各国政府的高度重视。　　为了实现混合型燃料电池汽车高效、可靠的运行，充分发挥燃料电池稳定高效的工作特性和辅助能源的动态适应能力，需要选择合适的能源管理策略来解决多能源之间功率分配的问题。因此，考虑到工程应用中要求易实现、实时性强的特点，结合车辆的运行模式特点，本论文定义了三种车辆运行模式：充电功率模式，低功率模式和巡航模式，并针对不同模式选择采用不同的能源管理策略，建立了一种基于多模式的混合能源管理策略。同时，考虑到下层直流变换器控制器，针对外部扰动，设计了一种基于干扰观测器的自适应非线性控制器。最后，为提升燃料电池汽车电机驱动控制的动态性能，设计了一种基于高阶快速终端滑模负载转矩观测器的驱动电机自适应连续快速终端滑模控制器，具体如下：　　首先，选择燃料电池+蓄电池+超级电容的三电源混合型拓扑结构并采用前向仿真建模方式为混合型燃料电池汽车建模，然后利用动力学分析，针对所选车型对混合电源系统的关键参数进行了匹配和设计，最后基于所选拓扑结构利用前向仿真建模方式搭建了混合型燃料电池汽车全车仿真模型。　　其次，在混合型燃料电池汽车能源管理策略设计方面，本论文建立了一种基于多模式的混合能源管理策略。结合车辆的运行模式特点，依据混合型燃料电池汽车负载功率的显著变化，定义了三种主要模式：充电功率模式，低功率模式和巡航模式；并在分析每种模式下的汽车运行特性后，针对不同模式选择采用不同的能源管理策略，即在充电功率模式下采用改进型基于PI的能源管理策略、低功率模式下采用耗电保持能源管理策略、巡航模式下采用基于模糊逻辑参数修正的单PI能源管理策略。　　然后，在混合型燃料电池汽车直流变换器控制方面，本论文设计了一种基于干扰观测器的自适应非线性控制器。先依据纹波率对直流变换器的电感和电容进行参数设计，并建立了其状态平均仿真模型和小信号模型，同时基于小信号模型利用频域法对直流变换器经典PI控制器进行了控制参数整定；再考虑到直流变换器系统模型中的不确定性和扰动，设计了一种混合型燃料电池汽车直流变换器非线性鲁棒控制器，为了进一步提高系统的鲁棒性和动态性，设计了一种基于干扰观测器的自适应非线性控制器。　　最后，在混合型燃料电池汽车驱动电机控制方面，本论文设计了一种基于高阶快速终端滑模负载转矩观测器的驱动电机自适应连续快速终端滑模控制器。先考虑了混合型燃料电池汽车驱动电机选型，从性能和市场的角度进行分析，选择永磁同步电机作为本论文的混合型燃料电池汽车驱动电机，然后对永磁同步电机进行数学建模，并利用有功功率和内模的思想整定了传统永磁同步电机PI控制器控制参数。接着考虑到车辆行驶过程中的电机系统扰动，设计了一种自适应连续快速终端滑模驱动控制器，并且为了提升其抗负载波动性能，结合高阶快速终端滑模负载转矩观测器对其进行补偿。
作者：	李俞志
专业：	控制理论与控制工程
导师：	田杨
授予学位：	硕士
授予学位单位：	南京理工大学
学位年度：	2019