混合系統(tǒng)、最優(yōu)控制和混合動力車輛 理論、方法和應(yīng)用

前言
致謝
第1章緒論1
1.1動機(jī)、挑戰(zhàn)和目標(biāo)1
1.2車輛設(shè)計(jì)方面3
1.2.1能量轉(zhuǎn)換階段3
1.2.2現(xiàn)實(shí)世界的駕駛概況、消耗和排放6
1.3過程模型、控制策略和優(yōu)化8
1.3.1一般問題陳述8
1.3.2能量管理10
1.3.3數(shù)值解13
1.4相關(guān)研究15
參考文獻(xiàn)16
第一部分理論和表示
第2章非線性規(guī)劃導(dǎo)論22
2.1引言22
2.2無約束非線性優(yōu)化24
2.2.1優(yōu)性的充分必要條件25
2.2.2Newton-Raphson方法25
2.2.3Newton-Raphson方法的全局化27
2.2.4擬Newton方法29
2.3約束非線性優(yōu)化31
2.3.1優(yōu)性必要條件和充分條件32
2.3.2投影Hessian矩陣35
2.3.3序列二次規(guī)劃36
2.4靈敏度分析42
2.4.1目標(biāo)函數(shù)和約束的靈敏度分析46
2.4.2線性攝動49
2.4.3攝動解的近似50
2.4.4置信區(qū)域的近似52
2.5多目標(biāo)優(yōu)化52
2.5.1精英多目標(biāo)進(jìn)化算法54
2.5.2MOGA的評價58
2.6相關(guān)研究58
參考文獻(xiàn)60
第3章混合系統(tǒng)與混合優(yōu)化控制63
3.1引言63
3.2系統(tǒng)定義63
3.2.1連續(xù)系統(tǒng)63
3.2.2混合系統(tǒng)66
3.2.3控制混合系統(tǒng)和切換系統(tǒng)69
3.2.4允許狀態(tài)及控制的存在性和唯一性69
3.2.5控制和狀態(tài)約束、允許集和允許的函數(shù)空間72
3.2.6切換系統(tǒng)的重構(gòu)74
3.3優(yōu)控制問題75
3.3.1泛函76
3.3.2邊界條件76
3.3.3連續(xù)優(yōu)控制問題77
3.3.4混合優(yōu)控制問題78
3.3.5切換優(yōu)控制問題79
3.3.6二元切換優(yōu)控制問題81
3.3.7優(yōu)控制問題的轉(zhuǎn)換81
3.4相關(guān)研究86
參考文獻(xiàn)88
第4章小原理和Hamilton-Jacobi-Bellman方程91
4.1引言91
4.1.1變分法91
4.1.2優(yōu)控制問題極值一階必要條件的推導(dǎo)93
4.2小值原理97
4.2.1具有控制約束的優(yōu)控制問題的必要條件100
4.2.2具有狀態(tài)約束的優(yōu)控制問題的必要條件102
4.2.3具有仿射控制的優(yōu)控制問題的必要條件106
4.3Hamilton-Jacobi-Bellman方程108
4.4混合小原理113
4.4.1無狀態(tài)跳躍的切換優(yōu)控制問題的必要條件117
4.4.2有狀態(tài)跳躍的切換優(yōu)控制問題的必要條件118
4.4.3重新審視：狀態(tài)約束優(yōu)控制問題的必要條件119
4.5存在性122
4.6相關(guān)研究124
參考文獻(xiàn)125
第二部分優(yōu)控制方法
第5章混合優(yōu)控制問題的離散化和積分方法130
5.1引言130
5.2初值問題的離散化130
5.3Runge-Kutta積分方法132
5.4Runge-Kutta方法的一致性階數(shù)135
5.5穩(wěn)定性143
5.6一些低階的Runge-Kutta積分方法144
5.6.1顯式Runge-Kutta方法145
5.6.2隱式Runge-Kutta方法147
5.7不連續(xù)切換系統(tǒng)積分方法的注釋151
5.8離散化對優(yōu)控制問題的影響152
5.9相關(guān)研究153
參考文獻(xiàn)154
第6章動態(tài)規(guī)劃156
6.1引言156
6.2連續(xù)系統(tǒng)的優(yōu)控制156
6.3混合系統(tǒng)的優(yōu)控制161
6.4討論165
6.5相關(guān)研究167
參考文獻(xiàn)168
第7章優(yōu)控制的間接方法169
7.1引言169
7.2連續(xù)系統(tǒng)的優(yōu)控制170
7.2.1間接打靶方法170
7.2.2間接多重打靶方法173
7.3混合系統(tǒng)的優(yōu)控制177
7.4討論180
7.5相關(guān)研究182
參考文獻(xiàn)183
第8章優(yōu)控制的直接方法184
8.1引言184
8.2連續(xù)系統(tǒng)的優(yōu)控制189
8.2.1直接打靶方法190
8.2.2直接配置194
8.2.3直接打靶和直接配置的比較196
8.2.4由直接打靶和直接配置的共態(tài)恢復(fù)197
8.3切換系統(tǒng)的優(yōu)控制198
8.3.1嵌入優(yōu)控制問題199
8.3.2兩階段算法201
8.3.3具有參數(shù)化切換間隔的切換時間優(yōu)化205
8.4獲得二元可行控制函數(shù)的數(shù)值方法209
8.5討論212
8.6相關(guān)研究213
參考文獻(xiàn)215
第三部分?jǐn)?shù)值實(shí)現(xiàn)
第9章大型優(yōu)控制求解器的實(shí)際實(shí)現(xiàn)220
9.1稀疏線性代數(shù)220
9.1.1稀疏矩陣格式220
9.1.2大型線性系統(tǒng)的數(shù)值解221
9.1.3大型矩陣的正定性檢驗(yàn)225
9.2計(jì)算導(dǎo)數(shù)226
9.2.1計(jì)算圖226
9.2.2稀疏模式確定227
9.2.3壓縮導(dǎo)數(shù)計(jì)算230
9.2.4有限差分233
9.3稀疏擬Newton更新237
9.3.1部分可分函數(shù)的擬Newton更新237
9.3.2弦稀疏結(jié)構(gòu)的簡單擬Newton更新237
9.3.3弦稀疏結(jié)構(gòu)的擬Newton更新240
9.3.4擬Newton更新的修正242
9.3.5離散優(yōu)控制問題的擬Newton更新242
9.4相關(guān)研究244
參考文獻(xiàn)245
第四部分混合動力車輛控制建模
第10章作為切換系統(tǒng)的混合動力車輛建模250
10.1引言250
10.2車輛動力學(xué)251
10.3機(jī)電系統(tǒng)254
10.3.1內(nèi)燃機(jī)255
10.3.2電機(jī)258
10.3.3變速器264
10.3.4離合器269
10.3.5電池269
10.4混合動力車輛構(gòu)型275
10.4.1并聯(lián)混合276
10.4.2功率分流混合281
10.4.3串聯(lián)混合295
10.4.4組合混合299
10.4.5插電混合300
10.4.6純電動車輛300
10.5混合動力車輛模型301
10.5.1并聯(lián)混合準(zhǔn)靜態(tài)模型301
10.5.2采用火花點(diǎn)火發(fā)動機(jī)并聯(lián)混合的熱力學(xué)模型305
10.5.3功率分流混合準(zhǔn)靜態(tài)模型308
10.5.4并聯(lián)混合的擴(kuò)展準(zhǔn)靜態(tài)模型310
10.6行駛循環(huán)310
10.7靜態(tài)函數(shù)表示315
10.8切換成本316
10.9相關(guān)研究317
參考文獻(xiàn)318
第五部分應(yīng)用
第11章先進(jìn)車輛標(biāo)定324
11.1引言324
11.2已知行駛循環(huán)的切換優(yōu)控制問題的離線解324
11.2.1無狀態(tài)跳躍問題324
11.2.2更多離散決策：檔位選擇329
11.2.3狀態(tài)跳躍330
11.2.4優(yōu)催化轉(zhuǎn)化器加熱331
11.3基于規(guī)則的能量管理分析標(biāo)定334
11.3.1常共態(tài)假設(shè)335
11.3.2切換成本的影響336
11.3.3查表計(jì)算339
11.4基于規(guī)則選擇共態(tài)的策略341
11.4.1基于規(guī)則選擇使用共態(tài)映射341
11.4.2優(yōu)CO2排放的共態(tài)341
11.5實(shí)施問題342
11.6相關(guān)研究344
參考文獻(xiàn)345
第12章預(yù)測實(shí)時能量管理347
12.1引言347
12.2實(shí)際的基準(zhǔn)循環(huán)348
12.3智能交通系統(tǒng)350
12.3.1基于時間的駕駛員模型351
12.3.2基于空間的駕駛員模型353
12.3.3停車事件的估計(jì)355
12.4純電動車輛的預(yù)測能量管理356
12.4.1車輛模型357
12.4.2用于大速度限制的動態(tài)規(guī)劃358
12.4.3瞬時速度限制校正360
12.4.4試驗(yàn)結(jié)果360
12.5混合動力車輛的預(yù)測能量管理362
12.5.1事件觸發(fā)的預(yù)測能量管理364
12.5.2長預(yù)測范圍能量管理373
12.6相關(guān)研究385
參考文獻(xiàn)387
第13章混合動力傳動構(gòu)型的優(yōu)化設(shè)計(jì)390
13.1引言390
13.2過程描述391
13.2.1駕駛性能指標(biāo)391
13.2.2設(shè)計(jì)參數(shù)392
13.2.3動力傳動動力學(xué)392
13.3動力傳動多目標(biāo)設(shè)計(jì)394
13.3.1主問題395
13.3.2動力傳動部件的映射縮放396
13.3.3批處理優(yōu)控制子問題398
13.4P2混合設(shè)計(jì)研究404
13.5后優(yōu)化參數(shù)靈敏度分析412
13.6進(jìn)一步的研究417
13.6.1算法的加速417
13.6.2模型復(fù)雜性的增加418
13.7相關(guān)研究419
參考文獻(xiàn)420
附錄稀疏矩陣圖論基礎(chǔ)422
參考文獻(xiàn)426