matlab实现ECMS算法

news2024/10/6 0:46:02

ECMS(Equivalent Consumption Minimization Strategy)算法是一种用于混合动力汽车和电动汽车能量管理的策略。它通过将未来的电能消耗等效为当前的燃油消耗,从而优化能量分配。以下是一个简单的MATLAB实现ECMS算法的示例。

假设我们有一个简单的混合动力系统,其中包含一个电池和一个内燃机。目标是优化这两个动力源之间的能量分配,以最小化等效燃油消耗。

1. 定义参数

首先,我们需要定义一些参数,例如等效因子、电池效率、内燃机效率等。

% 参数定义
SOC_initial = 0.8; % 初始电池荷电状态
SOC_final = 0.3; % 最终电池荷电状态
SOC_ref = 0.5; % 参考电池荷电状态
s_factor = 2; % 等效因子(用于将电能消耗转换为等效燃油消耗)
eta_battery_charge = 0.9; % 电池充电效率
eta_battery_discharge = 0.9; % 电池放电效率
eta_engine = 0.35; % 内燃机效率
% 时间步长
dt = 1; % 例如,1秒
N = 100; % 总时间步数

2. 初始化变量

% 初始化变量
SOC = zeros(1, N);
SOC(1) = SOC_initial;
P_battery = zeros(1, N); % 电池功率(正为放电,负为充电)
P_engine = zeros(1, N); % 内燃机功率
equivalent_fuel_consumption = zeros(1, N); % 等效燃油消耗

3. ECMS算法实现

for k = 1:N-1
% 假设当前需求功率(可以根据实际情况调整)
P_req = rand * 100; % 随机需求功率,例如0到100kW
% 计算电池和内燃机的功率分配
% 目标是使等效燃油消耗最小化
% 等效燃油消耗公式:Fuel_eq = P_engine/eta_engine + s_factor * (SOC(k) - SOC_ref) * P_battery/eta_battery_charge_or_discharge
% 其中,P_battery/eta_battery_charge_or_discharge 根据P_battery的正负选择充电或放电效率
% 初始猜测
P_battery_guess = (SOC_ref - SOC(k)) * 1000; % 假设一个简单的线性关系
% 迭代优化(这里使用简单的梯度下降法作为示例)
for iter = 1:100
if P_battery_guess >= 0
eta = eta_battery_discharge;
else
eta = eta_battery_charge;
end
Fuel_eq = (P_req - P_battery_guess) / eta_engine + s_factor * (SOC(k) - SOC_ref) * P_battery_guess / eta;
% 计算梯度(这里使用数值梯度)
P_battery_test = P_battery_guess + 0.01;
if P_battery_test >= 0
eta_test = eta_battery_discharge;
else
eta_test = eta_battery_charge;
end
Fuel_eq_test = (P_req - P_battery_test) / eta_engine + s_factor * (SOC(k) - SOC_ref) * P_battery_test / eta_test;
gradient = (Fuel_eq_test - Fuel_eq) / 0.01;
% 更新猜测值
P_battery_guess = P_battery_guess - 0.01 * gradient;
% 限制P_battery的范围
P_battery_guess = max(min(P_battery_guess, P_req), -100); % 假设电池最大充放电功率为100kW
end
% 更新电池功率和内燃机功率
P_battery(k) = P_battery_guess;
P_engine(k) = P_req - P_battery(k);
% 更新SOC
SOC(k+1) = SOC(k) + P_battery(k) * dt / (battery_capacity * eta_battery_charge_or_discharge);
% 注意:这里需要定义battery_capacity,并且根据P_battery的正负选择充电或放电效率
if P_battery(k) >= 0
eta_battery_charge_or_discharge = eta_battery_discharge;
else
eta_battery_charge_or_discharge = eta_battery_charge;
end
% 计算等效燃油消耗
equivalent_fuel_consumption(k) = (P_engine(k) / eta_engine + s_factor * (SOC(k) - SOC_ref) * P_battery(k) / eta_battery_charge_or_discharge) * dt;
end

4. 结果可视化

% 结果可视化
figure;
subplot(3,1,1);
plot(1:N, SOC);
xlabel('时间步');
ylabel('SOC');
title('电池荷电状态变化');
subplot(3,1,2);
plot(1:N, P_battery);
xlabel('时间步');
ylabel('电池功率 (kW)');
title('电池功率变化');
subplot(3,1,3);
plot(1:N, equivalent_fuel_consumption);
xlabel('时间步');
ylabel('等效燃油消耗 (L)');
title('等效燃油消耗变化');

注意事项

  1. 参数调整:上述代码中的参数(如等效因子、效率等)需要根据实际情况进行调整。
  2. 优化算法:上述代码使用了简单的梯度下降法进行优化,实际应用中可能需要更复杂的优化算法。
  3. 电池模型:上述代码简化了电池模型,实际应用中需要考虑电池的动态特性和约束条件。
  4. 需求功率:上述代码中的需求功率是随机生成的,实际应用中需要根据实际驾驶工况或预测模型来确定。

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