CN107905884A - 一种高原装甲车辆散热***多目标分级优化控制方法 - Google Patents

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邵春鸣
王国柱
吴玉峰
李欣
杨德友
高佳瑜
杨立宁
钟凤磊
杨乃锋
李荣鹏
严明
隗立国
方文华
牛丹华
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Abstract

本发明涉及一种高原装甲车辆散热***多目标分级优化控制方法，涉及优化控制技术领域。本发明所设计的控制方法中，针对多目标的分级优化算法，优先满足了高原工况下发动机的散热能力，然后满足传动装置的散热能力，最后才对散热***功率消耗进行优化。本发明在算法结构上保证了不同性能的优先级，非常适合解决多热源部件温度响应以及散热***功率消耗(有明确优先级要求)的多目标优化问题。

Description

一种高原装甲车辆散热***多目标分级优化控制方法
技术领域
本发明涉及优化控制技术领域，具体涉及一种高原装甲车辆散热***多目标分级优化控制方法。
背景技术
高原装甲车辆散热***多热源部件温度响应直接决定了高原工况下发动机的运行性能、传动装置的运行性能和***功率消耗等多项性能。多热源部件温度响应优化和最优控制在本质上都属于优化问题，只是两者所处的层次和优化的变量有所不同。前者在稳态层次内主要解决多热源部件温度响应的优化问题；后者基于散热***功率消耗反馈在动态层次内主要解决功率消耗的优化问题，它能够实现稳态层次内的最优状态，并且为瞬态层次内的部件控制提供依据。
因此，如何设计一种高原装甲车辆散热***多目标分级优化控制方法，成为了亟待解决的技术问题。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：如何设计一种高原装甲车辆散热***多目标分级优化控制方法。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种高原装甲车辆散热***多目标分级优化控制方法，包括以下步骤：
步骤1、根据海拔高度H、外界环境温度T、车速v、发动机转速ne以及输出轴扭矩τs完成***散热计算得到发动机各热源部件冷却介质出口温度E(t)和传动装置各热源部件冷却介质出口温度G(t)，并得到满足各热源部件极限温度要求的***驱动部件转速nd(f，p)的第一级可行域S1；其中f表示风扇，p代表水泵，nd(f，p)代表风扇和水泵的转速集合；
步骤2、在可行域S1内进行搜索，计算第i个搜索项nd(fi，pi)对应的发动机冷却介质出口温度最优温度范围Ei_min(t)和Ei_max(t)，并且判断第i个搜索项对应的发动机冷却介质出口温度Ei(t)是否能够满足发动机装置目标温控要求，如果Ei_min(t)≤Ei(t)≤Ei_max(t)，则将驱动部件转速nd(fi，pi)添加到第二级可行域S2；否则，淘汰该转速点；其中，i是集合S1里的变量，即集合S1里的搜索项序号；
步骤3、判断可行域S2是否有可行解，如果S2为空集合，此时在第一级可行域S1内对发动机冷却介质出口温度Ei(t)进行优化，得到发动机冷却介质出口温度最优的驱动部件转速nopt，并且直接转到步骤7；如果S2非空集，则转到步骤4；
步骤4、在可行域S2内进行搜索，计算第j个搜索项nd(fj，pj)对应的传动装置冷却介质出口温度最优温度范围Gj_min(t)和Gj_max(t)，并且判断第i个搜索项对应的传动装置冷却介质出口温度Gj(t)是否能够满足传动装置目标温控要求，如果Gj_min(t)≤Gj(t)≤Gj_max(t)，则将驱动部件转速nd(fj，pj)添加到第三级可行域S3；否则，淘汰此转速点；其中，j是集合S2里的变量，即集合S1里的搜索项序号；
步骤5、判断可行域S3是否有可行解，如果S3为空集合，此时在第二级可行域S2内对传动装置冷却介质出口温度Gj(t)进行优化，得到传动装置冷却介质出口温度最优的驱动部件转速nopt，并且直接转到步骤7；如果S3非空集，则转到步骤6；
步骤6、在第三级可行域S3内对散热***功率消耗P(f，p)进行优化，得到散热***功率消耗最小的驱动部件转速nopt，并且转到步骤7；
步骤7、将最优驱动部件转速nopt输出。
优选地，步骤S1中，根据海拔高度H、外界环境温度T、车速v、发动机转速ne以及输出轴扭矩τs利用高原变海拔参数折算方法以及传热学散热器传热计算方法完成***散热计算得到发动机各热源部件冷却介质出口温度E(t)和传动装置各热源部件冷却介质出口温度G(t)。
优选地，步骤S1中，利用约束检测算法得到满足各热源部件极限温度要求的***驱动部件转速nd(f，p)的第一级可行域S1。
(三)有益效果
本发明所设计的控制方法中，针对多目标的分级优化算法，优先满足了高原工况下发动机的散热能力，然后满足传动装置的散热能力，最后才对散热***功率消耗进行优化。由于通常低海拔情况下，发动机热负荷和传动装置热负荷都不高，发动机散热能力和传动装置散热能力都有余量，因此可以对散热***功率消耗进行优化。但是，当车辆在高海拔情况下行驶时，受制于海拔高度等外界环境条件约束，***的散热能力可能无法满足需求，此时可以牺牲部分功率消耗来提高散热能力。此外，如果发动机散热能力不足，无法满足发动机的散热要求，此时发动机可以降部分功率运行并且牺牲散热***功率消耗，满足整车的散热需求。可见，多目标分级优化在算法结构上保证了不同性能的优先级，非常适合解决多热源部件温度响应以及散热***功率消耗(有明确优先级要求)的多目标优化问题。
附图说明
图1是本发明的方法流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
如图1所示，本实施例中的机电复合传动功率分配分级优化控制方法，步骤如下：
步骤1)、根据海拔高度H、外界环境温度T、车速v、发动机转速ne以及输出轴扭矩τs利用高原变海拔参数折算方法以及传热学散热器传热计算方法(均为现有算法)完成***散热计算得到发动机各热源部件冷却介质出口温度E(t)和传动装置各热源部件冷却介质出口温度G(t)，利用约束检测算法(为现有算法)得到满足各热源部件极限温度要求的***驱动部件转速nd(f，p)的第一级可行域S1；其中f表示风扇，p代表水泵，nd(f，p)代表风扇和水泵的转速集合；
步骤2)、在可行域S1内进行搜索，计算第i个搜索项nd(fi，pi)对应的发动机冷却介质出口温度最优温度范围Ei_min(t)和Ei_max(t)，并且判断第i个搜索项对应的发动机冷却介质出口温度Ei(t)是否能够满足发动机装置目标温控要求，如果Ei_min(t)≤Ei(t)≤Ei_max(t)，则说明驱动部件转速nd(fi，pi)满足发动机最优散热需求，将其添加到第二级可行域S2；否则，说明驱动部件转速nd(fi，pi)对应的散热能力不能满足发动机最优散热要求，则淘汰该转速点；其中，i是集合S1里的变量，即集合S1里的搜索项序号；
步骤3)、判断可行域S2是否有可行解，如果S2为空集合，说明所有驱动部件转速nd对应的散热能力都不能满足发动机最优散热要求，此时在第一级可行域S1内对发动机冷却介质出口温度Ei(t)进行优化，得到发动机冷却介质出口温度最优的驱动部件转速nopt，并且直接转到步骤7)；如果S2非空集，则转到步骤4)；
步骤4)、在可行域S2内进行搜索，计算第j个搜索项nd(fj，pj)对应的传动装置冷却介质出口温度最优温度范围Gj_min(t)和Gj_max(t)，并且判断第i个搜索项对应的传动装置冷却介质出口温度Gj(t)是否能够满足传动装置目标温控要求，如果Gj_min(t)≤Gj(t)≤Gj_max(t)，则说明驱动部件转速nd(fj，pj)满足传动装置最优散热需求，将其添加到第三级可行域S3；否则，说明驱动部件转速nd(fj，pj)对应的散热能力不能满足传动装置最优散热要求，则淘汰该转速点；其中，j是集合S2里的变量，即集合S1里的搜索项序号；
步骤5)、判断可行域S3是否有可行解，如果S3为空集合，说明所有驱动部件转速nd对应的散热能力都不能满足传动装置最优散热要求，此时在第二级可行域S2内对传动装置冷却介质出口温度Gj(t)进行优化，得到传动装置冷却介质出口温度最优的驱动部件转速nopt，并且直接转到步骤7)；如果S3非空集，则转到步骤6)；
步骤6)在第三级可行域S3内对散热***功率消耗P(f，p)进行优化，得到散热***功率消耗最小的驱动部件转速nopt，并且转到步骤7)；
步骤7)将最优驱动部件转速nopt输出到部件控制层。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种高原装甲车辆散热***多目标分级优化控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、根据海拔高度H、外界环境温度T、车速v、发动机转速ne以及输出轴扭矩τs完成***散热计算得到发动机各热源部件冷却介质出口温度E(t)和传动装置各热源部件冷却介质出口温度G(t)，并得到满足各热源部件极限温度要求的***驱动部件转速nd(f，p)的第一级可行域S1；其中f表示风扇，p代表水泵，nd(f，p)代表风扇和水泵的转速集合；
步骤2、在可行域S1内进行搜索，计算第i个搜索项nd(fi，pi)对应的发动机冷却介质出口温度最优温度范围Ei_min(t)和Ei_max(t)，并且判断第i个搜索项对应的发动机冷却介质出口温度Ei(t)是否能够满足发动机装置目标温控要求，如果Ei_min(t)≤Ei(t)≤Ei_max(t)，则将驱动部件转速nd(fi，pi)添加到第二级可行域S2；否则，淘汰该转速点；其中，i是集合S1里的变量，即集合S1里的搜索项序号；
步骤3、判断可行域S2是否有可行解，如果S2为空集合，此时在第一级可行域S1内对发动机冷却介质出口温度Ei(t)进行优化，得到发动机冷却介质出口温度最优的驱动部件转速nopt，并且直接转到步骤7；如果S2非空集，则转到步骤4；
步骤4、在可行域S2内进行搜索，计算第j个搜索项nd(fj，pj)对应的传动装置冷却介质出口温度最优温度范围Gj_min(t)和Gj_max(t)，并且判断第i个搜索项对应的传动装置冷却介质出口温度Gj(t)是否能够满足传动装置目标温控要求，如果Gj_min(t)≤Gj(t)≤Gj_max(t)，则将驱动部件转速nd(fj，pj)添加到第三级可行域S3；否则，淘汰此转速点；其中，j是集合S2里的变量，即集合S1里的搜索项序号；
步骤5、判断可行域S3是否有可行解，如果S3为空集合，此时在第二级可行域S2内对传动装置冷却介质出口温度Gj(t)进行优化，得到传动装置冷却介质出口温度最优的驱动部件转速nopt，并且直接转到步骤7；如果S3非空集，则转到步骤6；
步骤6、在第三级可行域S3内对散热***功率消耗P(f，p)进行优化，得到散热***功率消耗最小的驱动部件转速nopt，并且转到步骤7；
步骤7、将最优驱动部件转速nopt输出。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中，根据海拔高度H、外界环境温度T、车速v、发动机转速ne以及输出轴扭矩τs利用高原变海拔参数折算方法以及传热学散热器传热计算方法完成***散热计算得到发动机各热源部件冷却介质出口温度E(t)和传动装置各热源部件冷却介质出口温度G(t)。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤S1中，利用约束检测算法得到满足各热源部件极限温度要求的***驱动部件转速nd(f，p)的第一级可行域S1。
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