Метод разработки энергоэффективного закона управления электробусом при движении по городскому маршруту

В настоящее время актуальной проблемой является снижение энергозатрат городского автомобильного электротранспорта. В статье предлагается способ решения данной проблемы путём разработки энергоэффективного закона управления движением электробуса по городскому маршруту. На основе анализа режимов движения городского электробуса и рассмотрения цепочки преобразований затраченной/накопленной энергии получена целевая функция для проведения оптимизации. Для решения поставленной задачи разработан алгоритм на основе метода динамического программирования. Предложенный метод позволяет учитывать ограничения, накладываемые на фазовые координаты, управляющее воздействие, а также на время прохождения маршрута. В ходе решения задачи рассмотрена модель прямолинейного движения электробуса по горизонтальной опорной поверхности, а также введены некоторые допущения, позволяющие упростить и адаптировать её для реализации метода. Для связи управляющего воздействия с уравнением динамики движения рассмотрен алгоритм изменения тягового/тормозного момента на колёсах электробуса в зависимости от положения педалей акселератора/тормоза и скорости движения. В соответствии с предложенным методом определена оптимальная фазовая траектория на выделенном участке дороги для электробуса с конкретными техническими характеристиками и проведён анализ полученного результата. Проведено сравнение затраченной энергии с энергией, необходимой на преодоление сил сопротивления движению электробуса. Апробировано применение метода для случая экстренного вмешательства водителя в управление скоростью электробуса. Проведено сравнение фазовых траекторий, полученных с учётом и без учёта вмешательства водителя. По результатам работы метода сделаны выводы о применимости предложенного метода в городской транспортной сети.

энергоэффективность, электробус, динамическое программирование, закон движения, городской транспорт, фазовая траектория, фазовое пространство, функция Беллмана

1. Горелов В.А., Котиев Г. О., Мирошниченко А.В. Математическая модель электромеханического тормозного управления колёсной машины // Журнал ААИ. - 2012. - № 2. - С. 38-43.

2. Горелов В.А., Котиев Г.О., Мирошниченко А.В. Алгоритм управления индивидуальным приводом колёсных движителей транспортных средств // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Серия: Машиностроение. - 2011. - № 5. - С. 39-58.

3. Горелов В.А., Котиев Г. О., Мирошниченко А.В. Разработка закона управления индивидуальным приводом движителей многоосной колёсной машины // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. - 2012. - № 1. - С. 49-59.

4. Котиев Г.О., Горелов В.А., Мирошниченко А.В. 77-30569/282533 Синтез системы управления тяговыми электродвигателями для индивидуального привода ведущих колёс автомобиля [Электронный ресурс] // Наука и образование: научное издание МГТУ им. Н.Э. Баумана. - 2011. - № 12. URL: http://old. technomag.edu.ru/doc/282533.html (дата обращения: 11.05.2017).

5. Ерофеев Е.В., Мостов И.С. Оптимизация программ движения поездов // Труды МИИТа. - 1977. -№ 550. - С. 121-125.

6. Моисеев А.А. Синтез оптимальных траекторий движения поезда на основе построения линий переключения / Автоматическое управление технологическими процессами на транспорте / Юбилейный сб. науч. тр. МИИТ. - 1996. - № 892. - С. 32-34.

7. Ябко И.А. Численный метод определения энергооптимального управления движением поезда // Железнодорожный транспорт на новом этапе развития. -2003. - С. 129-135.

8. Баранов Л.А., Мелёшин И.С. Энергооптимальное управление движением поезда с рекуперативным тормозом при учёте ограничений на фазовую координату // Наука и техника транспорта. - 2010. - № 4. - С. 19-29.

9. Моисеев А.А. Автоматизированная система расчёта оптимальных режимов движения поезда метрополитена: дисс.. канд. техн. наук. - М., 1992. - 193 с.

10. Горбачёв А.Н. Методы расчёта оптимальных программ ведения поезда: дисс.. канд. техн. наук. -Омск, 2000. - 125 с.

11. Головичер Я.М. Оптимальное управление тяговым подвижным составом в системах автоведения магистральных железных дорог: дисс. д-ра техн. наук. - М., 1994. - 346 с.

12. Franke R., Terwiesch P., Meyer M. An algorithm for the optimal control of the driving of trains / Proceedings of the 39th IEEE Conference on Decision and Control. -2000. - Vol. 1-5. - Р. 2123-2128.

13. Ko H., Koseki T., Miyatake M. Application of dynamic programming to the optimization of running profile of a train // Computers In Railways IX. - 2004. -Vol. 15. - P. 103-112.

14. Ghaviha N., Bohlin M., et al. Optimal Control of an EMU Using Dynamic Programming // Energy Procedia 75. - 2015. - P. 1913-1919.

15. Ghaviha N., Bohlin M., Wallin F., Dahlquist E. Optimal Control of an EMU Using Dynamic Programming and Tractive Effort as the Control Variable / Proceedings of the 56th SIMS. - 2015. - P. 377-382.

16. Ларин В.В. Теория движения полноприводных колёсных машин: учебник. - М.: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2010. - 391 с.

17. Понтрягин Л.С., Болтянский В.Г., Гамкрелидзе Р.В., Мищенко Е.Ф. Математическая теория оптимальных процессов / 4-е издание. - М.: «Наука» Главная редакция физико-математической литературы, 1983. - 392 с.

18. Беллман Р. Динамическое программирование. -М.: Издательство иностранной литературы, 1960. - 400 с.

19. Болтянский В.Г. Математические методы оптимального управления. - М.: «Наука» Главная редакция физико-математической литературы, 1969. - 408 с.

20. Болтянский В.Г. Оптимальное управление дискретными системами. - М.: «Наука» Главная редакция физико-математической литературы, 1973. - 448 с.

21. Габасов Р., Кириллова Ф.М. Методы оптимального управления // Итоги науки и техн. Сер. Соврем. пробл. мат., том 6. - М.: ВИНИТИ, 1976. - С. 133-259