一种基于分段仿射的换档过程混杂模型预测控制方法

本发明属于新能源汽车电驱动系统控制，尤其涉及一种基于分段仿射的换档过程混杂模型预测控制方法。

背景技术：

1、目前，新能源汽车电驱动系统采用电机与amt变速箱直连的形式，取消了离合器和同步器，提高了传动效率，降低了开发成本。但是，由于无离合器和同步器，增加了电驱动系统换档过程的控制难度。新能源汽车电驱动系统换档过程控制分为：驱动电机降矩、摘档、同步、挂档以及驱动电机升矩。为了提高电驱动系统换档过程的控制精度，降低换档冲击，目前有很多关于换档过程中的驱动电机控制、转速同步控制的控制方法。

2、授权公告号为cn106195249b的中国发明专利《无同步器的电驱动机械变速器无冲击换档控制方法及系统》，其采用系统协调控制器协调双目标跟踪控制器和基于规则控制器的工作时序和工作模式，使驱动电机和amt协调配合实现换档；并通过对驱动电机的精确控制，在接合过程中使目标接合齿圈准确跟踪接合套的转动。

3、申请公布号为cn118331036a的中国发明专利《换档过程中转速同步转角对齐时间最短控制律求解方法》，其通过建立优化问题、动态规划求解最优控制律、控制转速差和转角差分等步骤，实现换档过程中驱动电机转矩、同步转速差的精确控制。

4、新能源电驱动系统换档过程控制既包含了换档过程分阶段的离散事件的控制，也包括对换档元件的转角、角速度等连续变量的控制。因此，新能源电驱动系统换档过程控制是一个离散事件和连续状态变量相互耦合的混杂系统控制。

5、但是，当前的关于电驱动系统换档过程的控制方法，并未考虑换档过程动力学的分段非线性的离散事件和连续状态变量相互耦合的混杂特性，以及没有提出一种针对这种换档过程混杂特性的控制方法。因此，需要一种基于分段仿射的换档过程混杂模型预测控制方法，以提高换档过程控制精度，并且降低换档冲击。

技术实现思路

1、本发明实施例的目的在于提供一种基于分段仿射的换档过程混杂模型预测控制方法，旨在解决上述背景技术中提出的问题。

2、本发明实施例是这样实现的，一种基于分段仿射的换档过程混杂模型预测控制方法，包括以下步骤：

3、步骤1：建立描述电驱动系统换档过程的分段非线性动力学模型，根据接合套和接合齿圈在换档过程中的不同耦合关系，将换档过程分为六种状态；

4、步骤2：基于分段仿射方法对电驱动系统换档过程中的分段非线性动力学模型进行混杂系统建模；

5、步骤3：建立应用于电驱动系统换档过程的混杂模型预测控制问题模型，采用以跟踪误差和控制能量损耗为控制目标的性能函数，将换档过程接合套和接合齿圈接合控制问题转化为受约束有限时域优化控制问题；

6、步骤4：将混杂模型预测控制问题转化为二次规划问题进行求解，从而获得电驱动系统换档过程中的混杂模型预测控制律。

7、本发明实施例提供的一种基于分段仿射的换档过程混杂模型预测控制方法，其有益效果如下：

8、（1）采用基于分段仿射方法对电驱动系统换档过程进行混杂系统建模，可以解决换档过程动力学的分段非线性的离散事件和连续状态变量相互耦合导致的系统建模困难的问题；

9、（2）针对电驱动系统换档过程的混杂系统模型，采用模型预测控制方法，建立以跟踪误差和控制能量损耗为控制目标的性能函数，并将换档过程接合套和接合齿圈接合控制问题转化为受约束有限时域优化控制问题，能够提高换档过程中接合套和接合齿圈的控制精度，降低换档冲击；

10、（3）将混杂模型预测控制问题转化为二次规划问题进行求解，从而获得电驱动系统换档过程中的混杂模型预测控制律，能够降低控制算法的计算求解难度，并提高在线计算实时性。

1.一种基于分段仿射的换档过程混杂模型预测控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于分段仿射的换档过程混杂模型预测控制方法，其特征在于，在所述步骤1中，驱动电机输出转矩通过齿轮传递至接合齿圈ⅰ和ⅱ，换档电机通过推动接合套轴向移动可以与接合齿圈ⅰ和ⅱ接合，从而将驱动电机输出转矩传递至车辆；令接合齿圈ⅰ为当前档位接合齿圈，接合齿圈ⅱ为目标档位接合齿圈；在换档过程中，接合套需要从接合齿圈ⅰ分离，然后轴向运动，最后与接合齿圈ⅱ接合；

3.根据权利要求2所述的基于分段仿射的换档过程混杂模型预测控制方法，其特征在于，具体各个状态的切换条件和动力学方程如下：

4.根据权利要求3所述的基于分段仿射的换档过程混杂模型预测控制方法，其特征在于，在所述步骤2中，在电驱动系统换档过程中，状态变量为x，控制变量为u；

5.根据权利要求4所述的基于分段仿射的换档过程混杂模型预测控制方法，其特征在于，在所述步骤3中，在电驱动系统换档过程中，状态变量的目标值为xref，误差为e；

6.根据权利要求5所述的基于分段仿射的换档过程混杂模型预测控制方法，其特征在于，在所述步骤4中，换档过程混杂模型预测控制方法流程如下：