燃料电池有轨电车能量管理策略多目标优化

为研究一类以质子交换膜燃料电池、超级电容和动力电池为动力源的混合动力有轨电车能量管理问题,首先介绍该类有轨电车的混合动力系统结构和工作特点,提出一种基于系统工作模式的逻辑门限式能量管理策略,工作模式的切换通过多个控制参数来实现。针对该能量管理策略中控制参数的不确定性,应用多目标遗传算法,将整车超级电容和动力电池的最小配置成本以及有轨电车运行的能耗、准时性、准地点停车作为优化目标,对影响列车动力性能的主要能量管理策略控制参数进行优化。以国内某规划线路为实例,在已通过实车试验数据验证的系统仿真模型中进行优化分析,优化结果表明,在保证列车动力性能的前提下,优化后列车的总牵引能耗减少了约12.5%,回收的再生制动能量增加了约14.5%,燃料电池的平均效率提高了约0.83%;同时通过优化得到了超级电容和动力电池的最小容量配置,为整车车载储能系统的冗余配置提供参考。     

基于遗传算法对燃料电池客车能量分配优化研究

以燃料电池为主要动力系统的汽车将是未来汽车发展的主要途径。以能量混合型为主体的串连式混合动力系统将燃料电池,直流逆变器,蓄电池和电机并联于母线上,能量将在这些部件中实现分配。为实现能量合理分配,本文首先以最小化燃料电池氢气消耗量和蓄电池SOC与目标SOC相差最小为目标函数,然后使用遗传算法对能量分配进行了优化并制成MAP图,最后对AD-VISOR汽车动力构型软件进行二次开发,使用优化MAP图对其进行了仿真,验证这种优化策略在应用上的可行性。     

燃料电池电动汽车的能量管理仿真与优化

以增程式燃料电池电动汽车作为研究对象,将有限状态机与恒温器控制策略相结合并通过该策略合理控制燃料电池与电池的工作模式与输出电流。针对策略中燃料电池的输出电流及开启阈值下限,采用了禁忌搜索算法进行了确定与优化。仿真结果表明,所提出的控制策略可以有效分配电池和燃料电池的输出电流,降低整车运行成本。     

有轨电车动力系统设计及参数优化

基于燃料电池有轨电车的整车工况,设计了"燃料电池+动力电池"的动力系统结构。以燃料电池功率和动力电池单体并联数量作为优化参数,设计了联合优化算法结构。采用庞特里亚金极小值原理分配燃料电池和动力电池功率,确定燃料电池功率和动力电池容量参数组合可行区域,并解决在不同参数组合条件下最优状态初值的选取问题,得到了成本最小的最佳参数组合并作为参数优化结果。研究结果表明:随着燃料电池功率逐渐增加,燃料电池工作点移动到高效率区域,同时燃料电池最大效率点在约为占总功率的18%上,参数优化结果为今后的工程化设计提供技术支撑。     

小功率燃料电池动力系统设计及能量管理策略研究

聚焦小功率燃料电池复合电源系统的性能,设计出一款自行车用电源动力系统。内容包括整车结构和动力性需求的制定,对复合电源的功率及能量水平进行选型,实现功率平衡;借助MATLAB/Simulink实现对硬件的模拟仿真。电源部分通过不断调参,达到仿真输出与硬件测试结果一致,开关电源则采取状态空间平均法,采取双闭环控制电能分配,保证其与实物的功能一致。随后针对优化复合电源的功率分配进行了探讨和设计,并应用了四种控制策略,以SOC状态改变量,等效氢气消耗量,系统效率,燃料电池输出变化频率,策略复杂度等参数为评价因素。在硬件上,上汽大众仅能提供峰值100W的燃料电池用于实验,该功率无法满足自行车动力系统需求。因此对于其他零部件也进行了比例选择并按相同拓扑结构进行实物连接,通过实验实现了预期功能,为该动力系统进行了可行性验证。     

有轨电车曲线啸叫噪声试验分析

曲线啸叫噪声是城市轨道交通中一个亟待解决的问题,但目前国内对其研究较少。以70%低地板有轨电车通过嵌入式轨道小半径曲线时为研究对象,通过测试和分析,研究其轮轨啸叫噪声特性及产生机理。测试曲线半径分别是25 m和50 m,试验速度分别是3～9 km/h和4～20 km/h。试验过程中轮轨接触表面状态分别考虑了自然状态、水润滑状态、油润滑状态和固体润滑状态。测试结果表明,未润滑状态下的车外标准点噪声L_(Aeq)在56～91 dB(A),其中87%～92%的工况发生啸叫或轻微啸叫;导向轮对(第一位轮对)内侧车轮发出的啸叫噪声最为显著,其产生机理是轮轨间的横向蠕滑激励车轮1 811 Hz频率处(0, 3)轴向模态振动,从而产生强烈的单频振动并发出啸叫。试验对比了不同润滑状态(水、润滑油、固体润滑剂)对啸叫的控制效果,测试结果表明采取润滑后,测试工况中发生啸叫或轻微啸叫的比例降低到19%～50%,车外噪声L_(Aeq)显著降低。研究补充了国内在有轨电车-嵌入式轨道曲线啸叫方面试验数据,并基于试验数据基本弄清了有轨电车-嵌入式轨道曲线啸叫噪声的产生机理。     

燃料电池电动汽车能量流控制系统设计与模型实验

根据燃料电池的特点,设计了燃料电池电动汽车能量管理系统．介绍了其运行原理。为满足汽车正常运行和提高运行效率的两大目标．拟定了燃料电池(主动力)和蓄电池(辅助动力)2种能量源之间的优化调配方案。讨论了车辆在行驶过程中的能量流控制算法。在所建立的模拟实验平台上对控制策略及算法进行了实验分析,验证了所提出控制策略和算法的正确性和可行性。     

氢燃料电池混合动力有轨电车的自适应瞬时等效能耗优化

城市轨道交通机车负载具有空间分布广泛、冲击性强以及强脉动宽频域变化等特性,致使传统等效氢耗最小化策略(Equivalent consumption minimization strategy, ECMS)在应用到燃料电池混合动力有轨电车的能量管理时,存在工况适应性和鲁棒性差的问题,为此提出一种等效能量因子自适应调整的瞬时优化新方法。将传统马尔科夫链扩展到多维度状态空间中,构建计及运行车速、加速度以及道路坡度时变性的三维转移概率矩阵,采用蒙特卡洛采样法获取工况序列,并进行瞬时特征参数误差分析。基于等效氢耗理论,将电车牵引制动能耗分为内部氢能源的实时燃料消耗和外部储能电源的电能消耗两部分,推导等效能量因子随锂电池荷电状态(Stateofcharge,SOC)自适应调整的数学模型,矫正电-氢能量转化的评估偏差。最后搭建300 kW有轨电车动力系统半主动式仿真平台,应用多维状态空间下的负载功率历程,对比所提策略、传统ECMS策略以及状态机策略的在线运行性能。结果表明,所提的有轨电车行驶工况构建方法瞬态误差低于1.2%,稳态误差低于0.2%,对高精度推演实际行驶场景具有广泛代表性和普适性;所提的...     

数控系统速度曲线研究

加减速控制方法是现代高精度、高性能数控系统中的重要环节,现代加减速控制方法主要分为梯形速度曲线与S形速度曲线。通过对梯形速度曲线与S形速度曲线的比较,可知S形速度曲线在减小冲击和振动方面更具有优势。接着对S形速度曲线进行了深入研究,给出了加速度、速度和位移各个时间段的计算公式。由于在实际插补计算时,会有各种特殊情况出现,所以又对各个特殊情况进行了讨论,得出各个特殊情况的计算公式。最后给出了程序段预处理过程流程图和程序段插补过程流程图。     

基于模糊控制的燃料电池汽车动力源能量管理

提出一种基于模糊控制的燃料电池混合动力系统能量管理策略,通过设计模糊控制器的隶属度函数和模糊规则保证燃料电池工作在高效区域和限定的供电能力范围内,并通过积累燃料电池功率增量实现燃料电池功率的逐步变化。基于选定的混合动力系统结构,在MATLAB/Simulink环境下建立了部分子系统的仿真模型。在典型循环工况下,将其与一种有限状态机策略进行对比仿真分析,结果表明该策略能在完成功率分配的同时保证燃料电池处于更健康的工作状态。     

电梯速度优化控制的研究

通过对国内外电梯速度控制方式和曲线的研究,设计完成了电梯速度优化控制系统,并进行了相应的实验.结果表明该系统可提高电梯的运行效率,改善乘坐的舒适性,具有较大的实用价值.     

规则控制与行驶工况相结合的现代有轨电车能量管理策略

规则控制具有鲁棒性强、灵活性高等显著优势,逐渐成为优化储能式现代有轨电车能量管理性能的经典方法,但也同时面临过于依赖专家经验与工况适应性差的问题。为此针对有轨电车用锂电池/超级电容混合储能系统,在传统模糊逻辑控制的输入中同时引入道路坡度和运行速度,提出一种动态功率分配新方法。依据行驶工况制定隶属度函数与论域,调整超级电容高功率密度响应时刻,优化列车动力性能;采用粒子群算法对模糊控制规则权重寻优,在保证列车功率需求的同时降低锂电池峰值电流,延长储能系统使用寿命;并将所提策略应用到北京现代有轨电车西郊线路数据的算例对比验证中。结果表明,融合行驶工况信息的模糊控制相较于传统模糊控制实现了在功率分配、锂电池和超级电容荷电状态偏移范围、锂电池运行应力及储能系统整体效率方面的多重最优,且再生制动能量回收率有显著改善;通过粒子群算法对规则权重寻优相较于传统固定权重方案使锂电池峰值电流降低31.02%,列车续驶里程提升了22.45%,且算法在迭代7次以内能够找到全局最优解,运算速度快,易于实现。     

高速高加速堆垛机速度控制曲线研究与优化

将以高速高加速堆垛机作为研究对象,采用动力学分析并利用叠加原理得到立柱动态挠曲变形公式,分析影响立柱变形的因素。提出一种新型速度曲线优化控制方案,当进行长距离作业,堆垛机速度可以到达最大设计速度时选择S型速度控制曲线,当运行短距离作业,堆垛机速度无法达到最大设计速度即需减速制动时选择三角函数型速度控制曲线。此方案使堆垛机速度加速度变化连续平滑,抑制立柱变形而产生摆动,提高堆垛机稳定性。     

氢燃料电池能量转换效率测试研究

氢燃料电池绿色环保,是未来新能源发展趋势之一。在氢燃料电池品质测试中,燃料电池输出功率与效率是衡量燃料电池性能的一对重要参数,但目前研究者较少。通过对氢燃料电池能量转换进行分析,总结了在系统测试过程中的相关经验,研究了一种针对氢燃料电池系统稳态输出功率与效率的评判方法,并对氢燃料电池能量转换效率进行了测试。此方法为电池综合性能评判、电池能量转换效率最佳点的寻找提供了测试依据。     

车间生产过程的能量足迹建模与加工参数协同优化

为降低零件加工过程的生产能耗,提出一种面向节能的车间生产过程多装备加工参数协同优化方法。以包含机床与机器人的定制化生产车间为研究对象,建立了考虑刀具退化动态过程的生产车间系统能量足迹模型。考虑刀具寿命、机器人运输平稳性的成本指标函数,建立了多装备系统的加工参数协同多目标优化模型。以加工时间为约束条件,使用蜂群算法获取了最优参数。实验表明,以节能目标为主的优化方案可降低机床加工能耗17.97%,降低机器人运输能耗18.13%。     

燃料电池车能量流电电混合能量流控制系统设计

燃料电池车采用多动力源的动力系统结构,需对其能量流动进行有效的控制。文章设计了基于DSP2812的一种新型的燃料电池车电电混合能量流控制系统,提出了一种新型的燃料电池车用电电混合能量流控制方案,实现燃料电池车电电混合能量流的转换。通过在燃料电池、蓄电池以及超级电容三个能量源中有效的加入双向DC/DC变换器进行能量转换,从而提高了燃料电池的效率,满足了不同工况下对能量流动的要求。控制器通过控制两个MOSFET管S1和S2的导通关断,实现燃料电池车电电混合能量流系统的控制策略。     

燃料电池混合动力系统建模及能量管理算法仿真

燃料电池混合动力系统包括燃料电池发动机、直流直流变换器(Direct current to direct current converter, DCDC)、镍氢动力电池和电动机等部件.根据台架试验数据建立燃料电池混合动力系统模型.模型考虑燃料电池性能衰减、总线电压对电动机转矩和效率的影响、DCDC效率和动态过程以及动力电池充放电内阻特性.燃料电池因长时间运行而造成的性能衰减将导致能量管理算法失效.DCDC效率在公交工况下变化不大,其动态过程可以用一阶延迟环节近似.动力电池充放电内阻影响等效氢气消耗量的计算.总线电压对电动机效率与转矩的影响可以用修正系数代替考虑.能量管理算法采用动力电池荷电状态(State of charge, SOC)稳态平衡和燃料电池动态功率补偿相结合的方法,以保持动力电池SOC水平,并在加载过程中防止燃料电池功率突变.仿真结果表明,所建立的模型能反映实际工况中的功率分配情况,动力电池SOC维持在预定区域,燃料电池功率加载速率得到限制.进一步分析表明,随着燃料电池性能衰减,通过调整稳态平衡算法,可以维持SOC水平,保证整车动力性、经济性.     

基于模糊控制的混合动力船舶能量管理策略研究

以由燃料电池、超级电容和蓄电池组成的混合动力船舶为研究对象,根据各动力源的特性参数建立混合动力系统数学模型。根据燃料电池、蓄电池和超级电容的动力特性,提出了一种基于模糊逻辑的能量管理策略,借助模糊逻辑控制算法和隶属度函数概念,综合考虑各影响因素(如功率需求,SOC等),从而得到最佳优化方案。通过模糊控制器将蓄电池SOC、超级电容SOC、需求功率输入量模糊化,经过所设定的控制规则来完成能量分配与管理,得到燃料电池、蓄电池和超级电容的输出功率。最后在MATLAB/SIMULINK环境下建立了混合动力系统仿真模型,仿真结果表明:基于模糊逻辑的能量管理策略能实现对混合动力系统能量的优化管理与控制,使船舶安全可靠运行,为实现船舶纯绿色的发展提供技术支撑。