1.一种基于路况识别的燃料电池与超级电容系统优化方法,其特征在于该方法具体是:步骤1、建立燃料电池与超级电容系统中被控对象的机理模型,具体是:
1.1首先根据燃料电池的实际过程,建立燃料电池的机理模型,传递函数形式如下:其中,Edcell(s)为输出电压拉氏变换形式,I(s)为当前输出电流拉氏变换形式,λe常数增益,τe整体流量延迟系数;mH2燃料电池反应中的总氢消耗, 为氢的分子量,AFC为每个单元活动区域的面积,F为法拉第常数,I为当前输出电流,Ncell单元活动区域的个数;
1.2具有功率负载的超级电容系统的模型,形式如下:
其中,SOC是超级电容的充电状态,v是终端电压,i是终端电流,P是终端功率,R是匹配的终端电阻,vc是超级电容端电压,vmax是超级电容允许的最大电压,C为超级电容的电容值;
1.3驾驶模式识别设计,多层感知器神经网络分类器提取的特征,形式如下:其中,hi为隐藏节点,nH隐藏节点个数,xj为输入节点特征向量,wij第i个输入节点和第j个隐藏节点的权重,wi0是i个输入节点的阈值,p为输入层节点数,exp()为表示指数;
1.4提高控制精度设计误差,形式如下:
其中,zk为第k个输出节点的输出z为其向量形式,wkj第j隐藏节点和第k个输出节点的权重,hj为第j个隐藏节,wk0是k个输出节点的阈值,ck为k分量二进制向量分类器,c为其向量形式,E为定义的误差,q为输出节点个数;
1.5利用梯度下降反向传播算法,最小化误差E,形式如下:Δc=(z-c).*c.*(1-c)
Δh=ΔcT*W2*hT.*(1-hT)
其中,Δc为实际二进制向量,Δh分类器输出,.*为矩阵点乘符号,T为转置符号,W2为设计的权重系数;
1.6为了提高速度,添加动量项到权重更新方程中:
wij(t)=wij(t-1)-ηΔhixj+η[wij(t-1)-wij(t-2)],i=1,…,p;j=1,…,nHwjk(t)=wjk(t-1)-ηΔcjΔhk+η[wjk(t-1)-wjk(t-2)],j=1,…,nH;k=1,…,q其中,wjk(t-1)和wjk(t-2)分别为t-1时刻和t-2时刻的第k个输出节点和第j隐藏节点的权重,η为(0,1)之间的学习率,Δcj为第j个实际二进制向量,Δhk第k个输出相关分类器输出,Δhi第i个输入相关分类器输出,wij(t-1)和wij(t-2)分别为t-1时刻和t-2时刻的第i个输入节点和第j个隐藏节点的权重,p输入节点数;
1.7隐藏层和输出层的阈值的更新可以如下获得,形式如下:wi0=wi0-ηΔhi+η(wi0(t-1)-wi0(t-2)),i=1,…,nHwk0=wk0-ηΔci+η(wk0(t-1)-wk0(t-2)),k=1,…,p其中,wk0(t-1)和wk0(t-2)分别为t-1时刻和t-2时刻第k个输出节点的阈值,wi0(t-1)和wi0(t-2)分别为t-1时刻和t-2时刻第i个输入节点的阈值;
步骤2、设计被控对象的批次过程控制器,具体是:
2.1为了在约束条件下跟踪参考值,并且在未知过程中保持期望的控制性能,选取被控对象的性能指标函数J,最小化性能指标函数J即可,形式如下:s.t.PFC+PSC=Pdem
min max
SOC ≤SOC
vFC≥VFC
其中,ΔIj是燃料电池的当前方差,PFC是燃料电池的输出功率, 为PFC的最大值,Pdem为需求功率,iFC是燃料电池提供的电流, 为iFC的最大值,ΔPFC为燃料电池的功率变化,为ΔPFC的最大值,PSC为超级电容提供的功率, 和 分别PSC的最小值和最大值,iSC为超级电容提供的电流, 和 分别为iSC的最小值和最大值,SOCmin和SOCmax分别为最小充电状态值和最大充电状态值,vFC为燃料电池设定电压的最小值,ω为两个目标的权重系数;K是整个驱动行程中的样本数目,s.t.表示所受约束;
2.2使用先进控制算法求解性能指标函数,对能量管理控制器中的参数进行优化,过程如下,根据待优化问题进行参数编码:Ci=[c1i,…cji,…,c20i]
=[c1i,…,c13i,σ1i,σ2i,σ3i,k1i,k2i,k3i,k4i]其中,Ci为第i个染色体编码,i=1,2,…,N,N为种群大小;Ci中元素cji选取方式如下:cji=min+δ·(max-min)1≤j≤20
其中,δ是(0,1)之间的随机数;min和max分别为根据能量管理控制器设置的最小数和最大数;
2.3选择轮盘选择方法,根据目标函数的值来计算概率分布,形式如下:其中,fi=1/Ji,Ji是具有第i个体的带约束的目标函数值;
2.4根据算法计算交叉算子,形式如下:
Ci'=αCi+(1-α)Ci+1
Ci'+1=αCi+1+(1-α)Ci
其中,α为(0,1)之间的随机数,Ci'和Ci'+1为第i和i+1个更新后的个体后代;若Ci中的元素cji发生变异,则根据步骤2.2中,生成新的元素cji;
2.5结合步骤1得到设计控制器的输出uf(k),可以表述如下:Pf=(uf(k)+k(i))Pdem,i=1,…,nH其中,r1和r2分别为分配数, 为处理后的推理数, 为I1的隶属程度, 为I2的隶属程度,Pf为燃料电池输出功率,k(i)为驱动条件;
2.6在下一时刻,重复步骤2.2到2.5的方法,继续求解新的优化参数,得到最优燃料电池输出功率,并依次循环。