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作者

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259 篇 中文

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插电式混合动力校车动力系统参数多目标优化研究

插电式混合动力校车动力系统参数多目标优化研究

引用

作者：易璐北京理工大学

学位级别：硕士

发展插电式混合动力汽车是现阶段解决城市雾霾频繁出现、石油资源日益枯竭等问题的重要途径,而插电式混合动力汽车动力参数优化问题更是目前研究热点之一。本文以插电式混合动力校车(Plug-in Hybrid Electric School Bus,PHESB)为研究对... 详细信息

发展插电式混合动力汽车是现阶段解决城市雾霾频繁出现、石油资源日益枯竭等问题的重要途径,而插电式混合动力汽车动力参数优化问题更是目前研究热点之一。本文以插电式混合动力校车(Plug-in Hybrid Electric School Bus,PHESB)为研究对象,通过制定基于动态规划(DP)的全局最优能量管理策略,提出了一种基于多岛遗传算法(MIGA)和序列二次规划算法(NLPQL)的组合参数优化算法。主要研究成果如下:(1)在Simulink/MATLAB环境下,建立了基于规则控制策略的混联式与并联式PHESB的正向仿真模型。依据能量管理控制策略制定的四个原则,制定了PHESB的三种运行模式,即纯电动模式(EV,electric vehicle)、电量消耗模式(CD,charge-depletion)和电量维持模式(CS,charge-sustaining),以动力电池SOC数值为模式切换门限值,且CD与CS模式间设定为可逆切换,从而制定基于此三种模式的规则控制策略,并完成两种构型的PHESB模型构建。(2)提出了基于动态规划算法(DP)的两种构型PHESB全局最优能量管理策略。建立了两种构型的PHESB动态规划仿真模型,利用MATLAB对两种构型PHESB的DP问题求解,得出相对应全局最优控制策略下的百公里能量消耗值。在中国城市典型工况下,将基于DP算法全局最优控制策略的仿真结果与基于规则控制策略的仿真结果进行了对比分析。结果表明,基于动态规划算法的全局最优能量管理策略能使两种构型的PHESB燃油经济性提高10%以上,并得到了两种构型PHESB能量消耗理论最优值,为动力系统参数优化标定做了准备。(3)提出了基于多岛遗传算法(MIGA)和序列二次规划算法(NLPQL)的组合参数优化方法。为保证参数优化过程中对每一动力系统组合方案性能评价的公平性,提出了基于全局最优化能量管理策略的PHESB动力系统参数优化方法。参数优化前、后的动态规划程序结果对比表明,经过组合参数优化算法优化后的混联式PHESB百公里油耗为17.24L/100km,较优化前燃油经济性提升6.9%;并联式PHESB百公里油耗为21.39L/100km,较优化前燃油经济性提升12%。(4)利用集成CAN仿真环境的整车控制器硬件在环仿真平台,基于自动代码生成技术将两种构型PHESB优化前后基于规则的控制策略下载到真实控制器上,进行了相应的硬件在环实验;利用上位机CANoe软件对仿真过程进行观察与数据记录。实验结果表明,经过组合参数优化算法优化后,混联式PHESB百公里油耗由25.7L降至22.9L,较之优化前下降10.8%;并联式PHESB百公里油耗由28.9L降至26.4L,较之优化前下降8.6%。组合参数优化方法的对两种构型的PHESB燃油经济性优化效果得到了证明。

关键词：插电式混合动力校车多岛遗传算法序列二次规划算法动态规划算法硬件在环仿真实验

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基于SQP算法的动力定位推力分配的研究

基于SQP算法的动力定位推力分配的研究

引用

作者：李立国哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

动力定位是船舶依靠自身的动力,在控制系统的指挥下抵抗外界的干扰(风、浪和海流等),使其保持某一位置和艏向。推力分配单元是动力定位系统的重要组成部分,其主要职责是按照动力定位控制器输出的横向、纵向合力和艏向回转力矩指令,合理... 详细信息

动力定位是船舶依靠自身的动力,在控制系统的指挥下抵抗外界的干扰(风、浪和海流等),使其保持某一位置和艏向。推力分配单元是动力定位系统的重要组成部分,其主要职责是按照动力定位控制器输出的横向、纵向合力和艏向回转力矩指令,合理地为各个推进器分配推力。本文以16000吨深水铺管起重船为研究对象,以序列二次规划法为基础,提出一种合理高效地解决动力定位系统推力分配问题的方法。首先,本文给出环境阵风和船舶运动数学模型,并设计PID控制器,控制器根据艏向和位置偏差计算所需的推力指令,将其传递给推力分配单元,并对船舶运动模型进行了仿真验证。本文根据推力分配优化问题基础知识,建立推力分配的数学模型,并详细介绍了螺旋桨推进器推力和扭矩的计算、桨-桨干扰的原因和处理、SQP算法的基本思想。然后,根据推力分配问题的目标和限制条件,建立推力分配问题的非线性目标函数。整个推力优化分配的目标是最小化推进系统的能耗,包括燃油消耗、推力误差等；同时还考虑到推进器的推力极限、最大推力变化速率、最大旋转速率、推进器推力的禁区等因素。针对此目标函数,本文用一个严格凸的二次规划子问题代替序列二次规划中的子问题,并对序列二次规划算法用罚函数和一维搜索进行修正,设计了一套高效的推力分配优化算法。整个推力分配算法用C语言编程实现。最后,本文对该推力分配优化算法进行仿真,仿真证明了序列二次规划算法在推力分配应用上的成功。为说明序列二次规划算法应用在推力分配问题上的优缺点,在同控制器和仿真环境下,将其与基于遗传算法的推力分配方法进行了仿真对比。同时还对目标函数中权值矩阵对推力分配的影响进行了仿真研究。

关键词：序列二次规划算法推力分配动力定位推进器

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基于模块化非线性模型的锂电池SOC估计

基于模块化非线性模型的锂电池SOC估计

引用

作者：杨有伟青岛大学

学位级别：硕士

动力电池-锂电池具有高安全性、高能量密度和循环使用寿命长等优点,被认为是新一代电动汽车电池的最佳选择。电池管理系统(Battery Management System,BMS)是动力电池和电动汽车的连接桥梁,对于电动汽车的安全高效运行起着重要作用。电... 详细信息

动力电池-锂电池具有高安全性、高能量密度和循环使用寿命长等优点,被认为是新一代电动汽车电池的最佳选择。电池管理系统(Battery Management System,BMS)是动力电池和电动汽车的连接桥梁,对于电动汽车的安全高效运行起着重要作用。电池的荷电状态(State of charge,SOC)作为BMS的核心状态参数是无法通过直接测量获得的,因此准确估计SOC是一个亟待深入研究的问题。本文基于模块化非线性模型,从滤波器选择、输入输出非线性环节配置、模型静态和动态参数优化多个角度,研究适应锂电池特点的SOC估计模型,具体研究内容概括如下: 第一,基于新威电池测试仪的电池测试平台进行锂电池放电试验,采集了城市道路循环(Urban Dynamometer Driving Schedule,UDDS)和洛杉矶92(Los Angeles92,LA92)不同工况下的锂电池放电数据,将实时采集的锂电池端电压和电流数据作为模块化非线性模型的输入变量进行SOC估计。第二,为提高锂电池SOC估计的准确度,提出Savitzky-Golay滤波器和模块化非线性Wiener混合模型对锂电池进行建模。采用Savitzky-Golay滤波器实现端电压和电流输入数据的优化;采用基于小波网络(Wavelet)函数非线性估计器的Wiener模型对电池建模;采用序列二次规划(sequential quadratic programming,SQP)算法优化混合SG-WNW模型参数,从而实现锂电池SOC的精确估计。第三,为提高锂电池SOC估计的准确度并减少混合模型的参数,提出巴特沃斯(BW)滤波器和模块化非线性Hammerstein混合模型对锂电池进行建模。采用巴特沃斯(BW)滤波器实现端电压和电流输入数据的优化;采用基于饱和(Saturation)函数非线性估计器的Hammerstein模型对电池建模;采用基于代价函数的高斯牛顿搜索算法(Gauss-Newton,GN)优化混合BW-SH模型参数,进一步提高锂电池SOC的估计精度并减少混合模型的参数。第四,为提高模型的普适性,提出Savitzky-Golay滤波器和模块化非线性Hammerstein-Wiener混合模型对锂电池进行建模。采用Savitzky-Golay滤波器实现端电压和电流输入数据的优化;采用基于Sigmoid网络和Piecewise Linear函数非线性估计器的Hammerstein-Wiener模型对电池建模;采用混合遗传LevenbergMarquardt最小二乘搜索算法优化混合SG-SPHW模型参数估计锂电池SOC并提高模型的普适性。

关键词：锂电池荷电状态模块化非线性模型序列二次规划算法

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耳片接头结构的拓扑优化与参数化设计研究

耳片接头结构的拓扑优化与参数化设计研究

引用

作者：王琪南京航空航天大学

学位级别：硕士

在当今飞机结构的研究设计过程中,针对传递集中载荷的关键部位,常采用耳片接头。传统的耳片接头结构设计方法具有周期长、费用高、效率低的缺点,而且设计人员为了满足静强度和疲劳寿命等设计要求往往选择过大的安全系数造成结构过重。... 详细信息

在当今飞机结构的研究设计过程中,针对传递集中载荷的关键部位,常采用耳片接头。传统的耳片接头结构设计方法具有周期长、费用高、效率低的缺点,而且设计人员为了满足静强度和疲劳寿命等设计要求往往选择过大的安全系数造成结构过重。本文结合拓扑优化与参数化设计方法,利用功能强大的有限元建模与分析软件***/Nastran和计算机辅助优化软件Isight,设计了一套高效实用的耳片接头结构优化设计方案。本文基于SIMP插值模型,以最小化模型柔度为优化目标,以体积约束为约束条件,建立了变密度法拓扑优化数学模型,并运用优化准则法对数学模型进行了推导求解。然后基于***/Nastran软件的二次开发平台,利用软件自带的PCL二次开发语言,开发了适用于耳片接头结构的拓扑优化模块,并通过编译***的初始化文件把优化程序植入软件界面,方便用户体验操作。基于变密度法拓扑优化结果,确定初步设计以后的耳片接头结构模型,再利用软件自带的PCL二次开发语言建立耳片接头结构的参数化设计模型。然后基于参数化设计模型和Isight优化软件,以最小化质量为优化目标,以最大应力和疲劳寿命为约束条件,建立耳片接头结构的形状优化流程框架,利用序列二次规划算法求解后得到满足约束条件的最优耳片接头结构模型。本文通过拓扑优化与参数化设计方法,设计了一套高效实用且适用于耳片接头结构的优化设计方案,为工程结构的设计提供了参考。

关键词：耳片接头结构拓扑优化参数化设计优化准则法 PCL二次开发语言序列二次规划算法

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车辆跟驰场景下的混合动力汽车能量优化控制策略研究

车辆跟驰场景下的混合动力汽车能量优化控制策略研究

引用

作者：蒲泽松燕山大学

学位级别：硕士

随着智能网联技术的发展,不同车辆之间,车辆与监测系统之间(vehicle-tovehicle/vehicle-to-infrastructure,V2V/V2I)的信息可以相互传递。利用V2V/V2I信息传递对提高插电式混合动力汽车(Plug-in Hybrid Electric Vehicle,PHEV)的能量管理性能卓有成效。与考虑单车的PHEV相比,车辆跟驰场景下的PHEV如何保持安全的同时并减少油耗,已成为当前亟待解决的难题。城市公交工况的复杂多变,易造成驾驶员疲劳,发生追尾事故。故本文以插电式混合动力客车(Plug-in Hybrid Electric Bus,PHEB)为研究对象,研究跟车场景下,基于模型预测控制的能量管理控制策略,具体研究内容如下。首先,考虑PHEB驾驶安全性和燃油经济性的多目标能量管理优化问题,以及此问题内部的冗杂性,提出基于非线性模型预测控制(Nonlinear Model Predictive Control,NMPC)策略。此策略可在预测域内将优化问题转化为一系列二次规划子问题,降低优化过程中的复杂性。此外,其中的滚动优化环节采用序列二次规划(Sequential quadratic programming,SQP)算法,并预先拟合发动机比油耗和电机效率,以保证SQP算法的正常优化。最后,在MATLAB/Simulink环境中验证NMPC策略的有效性,同时采用硬件在环实验平台验证此策略的鲁棒性和实时性。其次,考虑到常规非线性模型预测控制策略,在实际交通工况中预测精度有限,所以在基于NMPC策略基础上,提出自适应随机模型预测控制(Adaptive Stochastic Model Predictive Control,ASMPC)策略。此策略利用重庆303公交线路工况建立Markov链的转矩需求预测模型,此模型与驾驶工况关联性较大,预测更为准确,弥补了非线性预测模型的不足。此外,设计驾驶安全性和燃油经济性之间的自适应权重因子,此因子可以根据交通信息更新。最后,在MATLAB/Simulink环境中验证ASMPC策略的有效性,同时采用硬件在环实验平台验证此策略的鲁棒性和实时性。

关键词：插电式混合动力客车车辆跟驰场景非线性模型预测控制自适应随机模型预测控制序列二次规划算法

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SMB色谱分离过程软测量技术及稳态优化研究

SMB色谱分离过程软测量技术及稳态优化研究

引用

作者：刘燕超江南大学

学位级别：硕士

模拟移动床(Simulated Moving Bed,以下简称SMB)色谱分离技术是20世纪60年代发展起来的一种现代化分离技术,具有分离能力强,设备体积小,投资成本低,便于实现自动控制并特别有利于大规模生产等特点,在制备色谱技术中具重要的地位。随着... 详细信息

模拟移动床(Simulated Moving Bed,以下简称SMB)色谱分离技术是20世纪60年代发展起来的一种现代化分离技术,具有分离能力强,设备体积小,投资成本低,便于实现自动控制并特别有利于大规模生产等特点,在制备色谱技术中具重要的地位。随着工业过程自动化水平的提高,人们已不仅仅满足生产装置的稳定运行,而对提高生产效率、提高产量和质量以及降低消耗提出了越来越高的要求。本论文以实现SMB色谱分离过程的在线优化、控制为目的进行了SMB色谱分离过程的组份纯度软测量技术及稳态优化方案、优化算法的研究,为实际工业生产的在线稳态优化与控制提供了参考。首先,本文采用BP网络建立了SMB色谱分离过程4区流量与组份纯度的关系模型,以较高的精度实现了SMB组份纯度软测量。解决了目前组份纯度的测量主要依靠人工分析化验或是采用UV检测仪在线测量,前者时间滞后性大,优化控制得不到保证,后者测量精度高但价格昂贵的问题。同时,在软测量建模过程中进行了静态辨识与动态辨识方法的比较研究,得到的结论是,静态建模方法实现简单、快速,但是需要积累大量反映分离过程的历史数据,相对而言,动态建模方法对数据量的需求较小。其次,本文研究了SMB色谱分离过程稳态优化问题。论文以传统的三角形理论优化方法及国外最新研究内容为基础,归纳、总结出两种主流优化方案,即以流量比为基础的优化方案和以无量纲变量β为基础的优化方案。在此基础上分别采用了遗传算法(Genetic Algorithms,以下简称GA)和序列二次规划(Sequential Quadratic Programming,以下简称SQP)算法对两种优化方案进行求解,验证了这两种优化方案的可行性及两种算法的有效性。论文在GA算法的应用中,提出了一种将带非线性约束的GA算法转变为无约束GA算法的简化方法,并以流量比为基础的优化方案进行了寻优搜索,验证了该简化方法能大大降低问题求解的复杂度。论文将SQP算法和GA算法的性能进行了比较,由于SQP算法能快速寻优并能有效处理带约束优化问题,因此在解决SMB色谱分离过程优化问题时比GA算法更为灵活和高效。

关键词：模拟移动床(SMB) 神经网络软测量稳态优化遗传算法序列二次规划算法

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高压断路器操动机构液压缸断裂行为研究

高压断路器操动机构液压缸断裂行为研究

引用

作者：田鹏飞郑州大学

学位级别：硕士

液压操动机构因具备操作功大、响应迅速、运行平稳等优点，在高压断路器领域得到广泛应用。在服役过程中，操动机构内部多次出现异响，检查后发现其核心部件液压缸内壁存在裂纹，目前针对裂纹成因和裂纹扩展过程缺乏深入的研究。因此，... 详细信息

液压操动机构因具备操作功大、响应迅速、运行平稳等优点，在高压断路器领域得到广泛应用。在服役过程中，操动机构内部多次出现异响，检查后发现其核心部件液压缸内壁存在裂纹，目前针对裂纹成因和裂纹扩展过程缺乏深入的研究。因此，本文在明确液压缸工作原理的基础上，深入分析裂纹产生的原因，模拟裂纹的扩展过程并评估裂纹扩展寿命，最后结合液压缸的工作特点提出改进方法，主要研究内容如下:　　(1)对液压缸的内缓冲原理进行详细分析，建立了内缓冲过程的理论模型。利用COMSOL对缓冲过程进行流固耦合分析，寻找不同缓冲阶段之间的过渡点位置。根据理论模型在液压系统仿真平台AMESim中建立内缓冲过程的仿真模型，将仿真结果与实测曲线对比验证了模型的正确性。最后分析了缓冲孔直径、活塞杆直径和系统压力对于缓冲性能的影响。　　(2)开展拉伸试验、扫描电镜试验和变质液压油成分检测，综合实验结果和液压缸的工作原理确定断裂类型为应力腐蚀断裂。分析了液压缸体的断裂原因，分别从电化学和断裂力学角度在理论上分析了应力腐蚀裂纹扩展。根据理论模型利用COMSOL建立耦合电化学和力学的应力腐蚀静态仿真模型，分析缺陷位置的应力、应变、电流密度等关键参数的静态分布。　　(3)对缸体结构进行力学分析，在应力较大的区域设置初始裂纹。分析裂纹扩展数值计算原理，并建立缸体裂纹扩展数值计算模型。计算了裂纹前缘的应力强度因子，分析了裂纹扩展路径和裂纹深长比的变化，评估了缸体不同位置的裂纹扩展寿命。最后分析了裂纹位置、裂纹初始深长比和载荷大小对裂纹扩展寿命的影响。　　(4)搭建Isight与AMESim的联合仿真优化平台，对液压缸参数进行DOE分析，采用正交数组法寻找对目标函数敏感性较大的参数作为设计变量。建立优化模型，采用多岛遗传算法和序列二次规划算法对设计变量进行优化，对比优化前后液压缸的缓冲性能。最后分析优化后缸体应力、裂纹前缘应力强度因子和裂纹扩展寿命的改善情况。

关键词：高压断路器操动机构液压缸断裂行为裂纹扩展优化设计多岛遗传算法序列二次规划算法

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甘油连续生物歧化过程的参数辨识

甘油连续生物歧化过程的参数辨识

引用

作者：韩宁渤海大学

学位级别：硕士

近年来,随着科学技术的迅速发展,国内外学者对甘油生物歧化过程的数学建模、参数辨识、优化与控制等问题进行了大量研究,取得了一些成果。本文主要研究甘油连续生物歧化过程的参数辨识问题。针对该问题,构建了包含甘油连续生物歧化过程... 详细信息

近年来,随着科学技术的迅速发展,国内外学者对甘油生物歧化过程的数学建模、参数辨识、优化与控制等问题进行了大量研究,取得了一些成果。本文主要研究甘油连续生物歧化过程的参数辨识问题。针对该问题,构建了包含甘油连续生物歧化过程的非线性常微分方程动力系统的参数辨识优化模型,设计了有效的辨识模型求解方法,获得了相应动力系统的最优模型参数。论文研究的主要内容和取得的主要成果如下:1.针对甘油连续生物歧化过程的非线性过量动力学系统,考虑底物比消耗速率和产物比生成速率的非负约束要求,构建了参数辨识优化模型,然后用SQP算法设计了求解算法。计算结果显示,本文取得了更好的参数辨识结果。2.给出了甘油连续生物歧化过程的非线性S-系统,论述了非线性S-系统的数学性质,构建了参数辨识优化模型。为了有效求解优化模型中的参数最优值,基于对数变换将构建的非线性参数辨识优化问题转化为相对容易求解的凸二次规划问题。通过计算转化后的凸二次规划问题,即可获得参数辨识优化问题的最优参数值。最后绘制图像并分析比较优化结果。

关键词：连续生物歧化过程参数辨识序列二次规划算法 S-系统非线性规划

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高空飞艇放飞段轨迹规划问题研究

高空飞艇放飞段轨迹规划问题研究

引用

作者：周文怡哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

高空飞艇负载大、定点悬停时间长,因此具有很高的国防和民用价值,目前已成为国内外研究热点。高空飞艇轨迹规划是寻求由地面初始点到预定悬停位置之间的最优飞行轨迹,进而对于高空飞艇放飞段轨迹提供参考。一方面,通过减少飞艇放飞段的... 详细信息

高空飞艇负载大、定点悬停时间长,因此具有很高的国防和民用价值,目前已成为国内外研究热点。高空飞艇轨迹规划是寻求由地面初始点到预定悬停位置之间的最优飞行轨迹,进而对于高空飞艇放飞段轨迹提供参考。一方面,通过减少飞艇放飞段的飞行时间可减少风干扰等环境因素对飞艇轨迹的影响。另一方面,通过减少飞艇放飞段的能耗可增加高空飞艇的负载能力、降低高空飞艇的成本。综上所述,对高空飞艇放飞段进行轨迹规划具有重要意义。本文主要针对高空飞艇放飞段轨迹规划问题,进行如下内容的研究。首先,在一定假设条件下,针对高空飞艇的受力进行分析,根据动力学及运动学原理,建立了完整高空飞艇空间运动模型,模型中考虑了风干扰对于高空飞艇的影响,为高空飞艇放飞段轨迹规划问题的研究奠定了基础; 其次,针对高空飞艇放飞段轨迹规划的考虑因素,结合完整高空飞艇空间运动模型及控制变量约束条件,确定高空飞艇轨迹规划问题的数学描述;针对飞艇轨迹规划问题难于得到解析解的特点,通过直接配置法将高空飞艇放飞段轨迹规划这个最优控制问题转化为参数优化问题。然后,基于序列二次规划算法进行高空飞艇轨迹规划问题研究。介绍序列二次规划算法原理;通过基于序列二次规划算法高空飞艇轨迹规划仿真研究,由仿真结果得知序列二次规划算法解决高空飞艇轨迹规划问题的有效性,以及考虑风干扰对于高空飞艇轨迹影响的必要性;同时在仿真过程中发现,因存在对初始点敏感的不足,有时基于SQP算法可能得不到轨迹规划问题的解,而且SQP算法对于求解大规模参数优化问题存在困难。最后,考虑到序列二次规划算法全局寻优能力不强及对初始值敏感的问题,给出了基于遗传算法与模拟退火算法结合的混合遗传算法,并用于高空飞艇轨迹规划问题研究;仿真结果表明,相对于基于序列二次规划算法高空飞艇轨迹规划结果,基于混合遗传算法的高空飞艇放飞段轨迹规划具有更强的寻优能力。

关键词：轨迹规划直接配置法参数优化序列二次规划算法混合遗传算法

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S-型生化系统的参数辨识研究

S-型生化系统的参数辨识研究

引用

作者：刘丰渤海大学

学位级别：硕士

数学模型是研究生化系统特性和动态行为的重要工具,通过数学模型研究动态生化系统的结构以及变化规则推动了生化系统的发展。运用时间进程数据推断生化系统模型,仍是研究生化系统面临的重大挑战。针对一类非线性S-型生化系统的参数辨识... 详细信息

数学模型是研究生化系统特性和动态行为的重要工具,通过数学模型研究动态生化系统的结构以及变化规则推动了生化系统的发展。运用时间进程数据推断生化系统模型,仍是研究生化系统面临的重大挑战。针对一类非线性S-型生化系统的参数辨识问题,在以往研究工作的基础上,本文提出了一种可以辨识S-型生化系统模型参数的新方法。论文研究主要内容:1、本文针对一类非线性S-型生化系统,综合考虑浓度误差和斜率误差,建立了参数辨识优化模型;采用三次样条插值方法估计实验数据导数,应用序列二次规划算法求解参数辨识优化模型。2、为了说明本文方法的有效性,将其应用到4个仿真研究例子中,并将求得的模型参数与采用其他方法所求参数进行比较分析。结果表明,本文方法是有效的,能够更精确地辨识出S-型生化系统的模型参数。3、为进一步验证本文算法的可行性,将其应用到甘油微生物间歇发酵生产1,3-丙二醇过程的参数辨识问题中。结果表明,S-型系统能够较好地描述微生物发酵过程。

关键词： S-型生化系统参数辨识优化模型三次样条插值序列二次规划算法

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