串联式混合动力汽车APU系统速度和功率跟踪控制

论文摘要

能源枯竭和环境污染是21世纪世界汽车工业面临的两大挑战，混合动力汽车（Hybrid Electrical Vehicle，简称为HEV）有效地综合了传统内燃机汽车和纯电动汽车的优势，成为了解决当前两大问题切实可行的技术手段之一。而辅助功率单元（Auxiliary Power Unit，简称APU）作为混合动力汽车的重要组成部分，对汽车的节能减排具有非常重要的意义。因此，如何有效地控制APU工作成为混合动力汽车发展的关键技术之一。本文主要以串联式混合动力汽车辅助功率单元为主要研究对象，通过对辅助功率单元的数学模型整理，并根据实际运行工况对其进行控制，使发动机工作在高效稳定的经济区域内，APU输出功率满足车辆所需，从而实现节能减排的目标。研究了APU对车载蓄电池的多级恒流充电控制问题。考虑到实际发动机建模中从燃油喷射到力矩输出存在的延时问题，以及实际系统运行时系统参数摄动和负载干扰对充电产生的影响，通过Lyapunov-Krasovskii泛函稳定性理论、非线性Backstepping设计技术、解耦控制技术和L2干扰抑制技术，设计了系统的鲁棒镇定控制器，理论证明和仿真结果均表明，所设计的控制器能保证APU系统充电过程中的稳定性和抗干扰性，满足对蓄电池恒流充电稳定性的要求。其次，研究了APU对车辆目标转速和目标功率的跟踪控制问题。针对辅助功率单元在实际运行中的特点，考虑到系统参数摄动未知性和无界性,同时考虑到系统具有得非线性和干扰性等特点，结合自适应Backstepping设计方法和L2干扰抑制技术，综合设计了系统的非线性自适应控制器。理论分析表明：即使在系统参数变化和外部干扰存在的情况下，发动机转速仍能较好的跟踪目标转速，同时APU的输出功率能够及时跟踪目标功率。MATLAB仿真结果表明了所设计自适应控制器的有效性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.1.1 SHEV 优缺点与研究意义
• 1.1.2 对 SHEV 中 APU 控制的研究意义
• 1.2 APU 控制策略综述
• 1.2.1 APU 基本控制策略
• 1.2.2 APU 控制研究现状
• 1.3 本文研究的主要内容
• 第2章 APU 系统工作原理及数学描述
• 2.1 APU 结构组成与工作模式
• 2.1.1 APU 结构组成
• 2.1.2 APU 工作模式
• 2.2 APU 各部分数学描述
• 2.2.1 发动机建模
• 2.2.2 永磁同步发电机建模
• 2.2.3 功率变换器建模
• 2.3 APU 面向控制的数学模型
• 2.4 本章小结
• 第3章 串联式混合动力汽车辅助功率单元鲁棒控制
• 3.1 控制问题的描述
• 3.2 鲁棒镇定控制器设计
• 3.3 仿真研究
• 3.4 仿真结果分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 串联式混合动力汽车辅助功率单元自适应控制
• 4.1 控制问题的描述
• 4.2 自适应控制器设计
• 4.3 仿真研究
• 4.4 仿真结果分析
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
• 致谢
• 作者简介