混合动力电动汽车多源储能系统的鲁棒有限时间滑模控制及其实时验证

《Scientific Reports》：Robust finite-time sliding mode control for a multisource energy storage system in hybrid electric vehicles with real-time validation

　　

摘要

混合电动汽车（HEV）已成为减少温室气体排放和减轻传统内燃机车环境影响的有前景解决方案，同时克服了纯电动（EV）的续航里程限制。本研究提出了一种面向混合电动汽车的多源储能系统（MESS），该系统由质子交换膜燃料电池（PEMFC）、电池、超级电容器（SC）和光伏板（PV）组成。这些互补的能源通过连接到公共直流母线（DC-bus）的专用电力电子变换器集成，从而在动态工况下实现协调的功率输出。为确保稳定的直流母线电压调节和能源准确的电流跟踪，开发了一种有限时间滑模控制器（FTSMC）。本文采用欧洲行驶循环（EUDC）、城市底盘测功机行驶工况（UDDS）和世界统一轻型车测试程序（WLTP）行驶循环来评估所提系统在不同驾驶条件下的直流母线电压调节性能。利用李雅普诺夫理论和相平面分析证明了所提控制器的稳定性。此外，使用包括平均绝对百分比误差（MAPE）、均方根误差（RMSE）、积分平方误差（ISE）、积分绝对误差（IAE）和积分时间绝对误差（ITAE）等成熟的性能指标，对控制器性能与传统滑模控制（SMC）进行了全面比较评估。所提FTSMC通过MATLAB/Simulink仿真和基于TI C2000 Delfino的实时实现进行了验证。包括上升时间、过渡时间和超调百分比在内的定量指标，以及定性观察结果，表明与传统SMC相比，所提控制器在电流跟踪精度、鲁棒性和直流母线电压调节方面均有改进，凸显了其在测试条件下提升基于MESS的混合电动汽车性能的潜力。