混合系統(tǒng)、最優(yōu)控制和混合動力車輛 理論、方法和應用

前言
致謝
第1章緒論1
1.1動機、挑戰(zhàn)和目標1
1.2車輛設計方面3
1.2.1能量轉(zhuǎn)換階段3
1.2.2現(xiàn)實世界的駕駛概況、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相關研究15
參考文獻16
第一部分理論和表示
第2章非線性規(guī)劃導論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多目標優(yōu)化52
2.5.1精英多目標進化算法54
2.5.2MOGA的評價58
2.6相關研究58
參考文獻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相關研究86
參考文獻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相關研究124
參考文獻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相關研究153
參考文獻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相關研究167
參考文獻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相關研究182
參考文獻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相關研究213
參考文獻215
第三部分數(shù)值實現(xiàn)
第9章大型優(yōu)控制求解器的實際實現(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225
9.2計算導數(shù)226
9.2.1計算圖226
9.2.2稀疏模式確定227
9.2.3壓縮導數(shù)計算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)構的簡單擬Newton更新237
9.3.3弦稀疏結(jié)構的擬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相關研究244
參考文獻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251
10.3機電系統(tǒng)254
10.3.1內(nèi)燃機255
10.3.2電機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)混合準靜態(tài)模型301
10.5.2采用火花點火發(fā)動機并聯(lián)混合的熱力學模型305
10.5.3功率分流混合準靜態(tài)模型308
10.5.4并聯(lián)混合的擴展準靜態(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相關研究317
參考文獻318
第五部分應用
第11章先進車輛標定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定334
11.3.1常共態(tài)假設335
11.3.2切換成本的影響336
11.3.3查表計算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實施問題342
11.6相關研究344
參考文獻345
第12章預測實時能量管理347
12.1引言347
12.2實際的基準循環(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355
12.4純電動車輛的預測能量管理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試驗結(jié)果360
12.5混合動力車輛的預測能量管理362
12.5.1事件觸發(fā)的預測能量管理364
12.5.2長預測范圍能量管理373
12.6相關研究385
參考文獻387
第13章混合動力傳動構型的優(yōu)化設計390
13.1引言390
13.2過程描述391
13.2.1駕駛性能指標391
13.2.2設計參數(shù)392
13.2.3動力傳動動力學392
13.3動力傳動多目標設計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混合設計研究404
13.5后優(yōu)化參數(shù)靈敏度分析412
13.6進一步的研究417
13.6.1算法的加速417
13.6.2模型復雜性的增加418
13.7相關研究419
參考文獻420
附錄稀疏矩陣圖論基礎422
參考文獻426