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增程式车辆辅助动力单元动态控制研究
| 论文题名： | 增程式车辆辅助动力单元动态控制研究 |
| 关键词： | 特种车辆;辅助动力单元;增程式动力系统;动态控制 |
| 摘要： | 传统的小型特种车辆动力系统主要为纯电或内燃机驱动形式，存在续航能力较差，使用工况受限等问题，因此本文提出将增程式动力系统应用于小型特种车辆动力系统，可以有效提高其续航能力、扩大使用场景。辅助动力单元(APU)是增程式动力系统的核心组成部分，增程式动力系统的APU由一台小型发动机和一台发电机串联组成，发动机通常只工作于几个固定的工作点，其性能将直接影响动力系统和整车的性能，因此对APU的控制研究受到了广泛关注。通过对应用于小型特种车辆的二冲程发动机增程式APU动态控制进行研究，研究具有良好控制性能的控制算法，在工作点切换时避免较大的转速超调与转矩冲击，可以提高其动态控制性能，提高其对工况的适应性，降低燃油消耗，延长使用寿命，这对增程式动力系统及小型特种车辆整车性能的提升具有重要的意义。 本文针对一款二冲程发动机增程式APU，分析其发动机与发电机系统的结构与动态特性，研究了辅助动力单元工作点切换控制策略，并建立了增程式APU仿真模型，通过仿真与台架试验验证了控制策略的有效性，本文完成的主要工作和创新如下： (1)分析了增程式动力系统能量流的传递方向和APU系统中发动机与发电机的运动关系，明确了系统构型。分析当前主流增程式能量管理策略的优劣，确定采用APU多工作点控制策略，确定了发动机与发电机的控制目标分别为节气门和电磁转矩； (2)采用平均值模型方法分析了二冲程发动机动态特性，建立了发动机Hammerstein非线性模型用于制定模型预测控制策略。研究了稀疏最小二乘支持向量机-自适应混沌退火混合粒子群(LSSVM-ACAHPSO)算法，辨识发动机激励响应数据，得到发动机Hammerstein模型参数，可较为精确地描述发动机非线性特性； (3)针对发动机转速的控制，研究了松弛约束Hammerstein非线性模型预测控制策略，在控制律求解时将ACAHPSO算法与二次规划求解方法结合，并应用了变预测时域控制。研究了发电机id=0转矩矢量控制。通过仿真验证了发动机转速控制及发电机转矩控制策略的有效性； (4)建立了辅助动力单元仿真模型，对由发动机转速控制策略及发电机转矩控制策略组成的APU动态控制策略进行了仿真验证，将仿真结果与传统控制策略进行了对比分析，验证了本文控制策略的有效性。搭建了APU实验台架，设计了发动机电控系统，通过台架实验进一步验证了本文所设计的APU动态控制策略可以实现APU工作点的精确、快速切换，具有良好的动态控制效果。 |
| 作者： | 赵家豪 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 魏民祥 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 南京航空航天大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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