JP6225655B2 - Model predictive control apparatus, method and program - Google Patents
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Description
本発明は、モデル予測制御装置、方法及びプログラムに関する。 The present invention relates to a model predictive control apparatus, method, and program.
ハイブリッド電気自動車(HEV:Hybrid Electric Vehicle)では、例えばガソリンエンジンで発電し、エンジンで発電した電気でモータを駆動する。発電した電気のうち、モータの駆動に利用されない余った電気は蓄電池を充電することで蓄積される。例えばエンジン出力が足りない時には、蓄電池でモータを駆動することで、HEVの燃費の向上を図る。 In a hybrid electric vehicle (HEV), for example, power is generated by a gasoline engine, and a motor is driven by electricity generated by the engine. Of the generated electricity, surplus electricity that is not used for driving the motor is accumulated by charging the storage battery. For example, when the engine output is insufficient, the HEV fuel efficiency is improved by driving the motor with a storage battery.
蓄電池には、例えばリチウムイオン電池が使用される。しかし、リチウムイオン電池は、電池の状態(SoC:State of Charge)を示す充電率が高くなりすぎた過充電状態になると電池が劣化すると共に、充電率が低くなりすぎた過放電状態になると電池が劣化することが知られている。そこで、リチウムイオン電池の劣化を防止して寿命を延ばすには、過充電状態または過放電状態にならないようにリチウムイオン電池を使用することが望ましい。 For example, a lithium ion battery is used as the storage battery. However, a lithium ion battery deteriorates when it is in an overcharged state in which the charging rate indicating the state of the battery (SoC: State of Charge) is too high, and when the battery is in an overdischarged state in which the charging rate is too low. Is known to deteriorate. Therefore, in order to prevent the deterioration of the lithium ion battery and extend its life, it is desirable to use the lithium ion battery so as not to be overcharged or overdischarged.
従来の蓄電池監視型制御の一例を説明する。この例では、目標電力(以下、「目標パワー」と言う)Pdを例えばHEVのモータの回転数Pmから決定し、充放電計画作成器は、一定期間の燃費が最小となる充放電計画P(k)を作成する。下記のモデル予測制御問題において、Qkは燃費関数を示し、Pm(k−1)は時刻k−1におけるモータの回転数を示す。 An example of conventional storage battery monitoring type control will be described. In this example, the target power (hereinafter referred to as “target power”) P d is determined from, for example, the HEV motor speed P m , and the charge / discharge plan generator creates a charge / discharge plan that minimizes fuel consumption for a certain period. Create P (k). In the following model predictive control problem, Q k represents a fuel consumption function, and P m (k−1) represents the rotational speed of the motor at time k−1.
minΣQk(Pd,Pm(k−1),P(k))
劣化防止補正器は、蓄電池からのSoCに基づき、計画した充放電計画P(k)に基づくと過充電または過放電になる場合には、過充電とならないように充電を止めたり、過放電とならないように放電を止めたりする補正を行う。エンジン発電計画器は、補正後の充放電計画P〜(k)に基づき、エンジン発電計画Pe(k)を作成し、エンジンに供給する。補正後の充放電計画P〜(k)は、蓄電池にも供給される。ここで、Pm(k)は、時刻kにおけるモータの回転数を示す。
minΣQ k (P d , P m (k−1), P (k))
When the overcharge or overdischarge occurs based on the planned charge / discharge plan P (k) based on the SoC from the storage battery, the deterioration prevention corrector stops charging so as not to overcharge, Make corrections to stop the discharge so that it does not occur. The engine power generation planner creates an engine power generation plan P e (k) based on the corrected charge / discharge plans P to (k) and supplies the engine power generation plan P e (k) to the engine. The corrected charge / discharge plans P to (k) are also supplied to the storage battery. Here, P m (k) indicates the rotational speed of the motor at time k.
Pe(k)=Pd−P〜(k)
この蓄電池監視型制御の例では、SoCが0〜100%であるという入力の制約や、状態の制約、即ち、OCV(Open Circuit Voltage)の安全制約などが考慮されていない。また、SoCが過放電状態であると放電を止め、SoCが過充電状態であると充電を止めるため、過度に放電を止めたり過度に充電を止めたりしてしまう可能性がある。過度に放電を止めたり過度に充電を止めたりしてしまうと、結果としてエンジン出力が足りずに過放電または過充電になってしまったり、過放電または過充電を避けるためにHEVの燃費が低下してしまう場合がある。
P e (k) = P d −P to (k)
In this example of the storage battery monitoring type control, the input restriction that SoC is 0 to 100%, the state restriction, that is, the OCV (Open Circuit Voltage) safety restriction are not taken into consideration. Moreover, since discharge is stopped when the SoC is in an overdischarge state, and charge is stopped when the SoC is in an overcharge state, there is a possibility that the discharge is stopped excessively or the charge is stopped excessively. Stopping the discharge excessively or stopping the charging excessively results in insufficient engine output, resulting in overdischarge or overcharge, and HEV fuel consumption decreases to avoid overdischarge or overcharge. May end up.
一方、制御モデルの状態量に、SoCに加え、過充電状態になった回数、過放電状態になった回数、及び過放電状態と過充電状態を行き来した回数を設けることで、過充電及び過放電という制約を考慮して一定期間のHEVの燃費を向上させるシステムが提案されている(例えば、非特許文献1)。この提案システムにおいて、過充放電の行き来回数をN、蓄電池に流入した電流と蓄電池から流出した電流を積算するクーロンカウンタのカウント値をi、状態をx(k)=[Pm,SoC,i,N]T、入力をu(k)=[P(k),Pe(k)]、回数計測のための補助パラメータをδ、x(k+1)=Ax(k)+B1u(k)+B2δ(k)、A,B1,B2を変数とすると、燃費関数Qk(Pd,Pm(k−1),Pm(k))はx,uの2次式で定義できる。従って、モデル予測制御問題は、次のように表すことができ、上記従来の蓄電池監視型制御の一例と同様であるが、制約条件はumin≦u(k)≦umax,xmin≦x(k)≦xmaxである。 On the other hand, in addition to the SoC, the number of overcharge states, the number of overdischarge states, and the number of times between overdischarge states and overcharge states are provided in the state quantity of the control model. A system that improves the fuel efficiency of HEV for a certain period in consideration of the restriction of discharge has been proposed (for example, Non-Patent Document 1). In this proposed system, the number of times of overcharge / discharge is N, the count value of a coulomb counter that integrates the current flowing into the storage battery and the current flowing out of the storage battery is i, and the state is x (k) = [P m , SoC, i , N] T , input is u (k) = [P (k), Pe (k)], auxiliary parameter for frequency measurement is δ, x (k + 1) = Ax (k) + B 1 u (k) + B 2 Suppose that δ (k), A, B 1 and B 2 are variables, the fuel consumption function Q k (P d , P m (k−1), P m (k)) is defined by a quadratic expression of x and u. it can. Therefore, the model predictive control problem can be expressed as follows, and is the same as the above example of the conventional storage battery monitoring type control, but the constraints are u min ≦ u (k) ≦ u max , x min ≦ x (K) ≦ x max .
minΣQk(Pd,Pm(k−1),P(k))
従って、上記提案システムでは、離散状態を扱うため、組み合わせ最適化問題を解くことになり、モデル予測制御問題の計算量が増加してしまう。モデル予測制御問題の計算量が増加すると、計算を実行するために高性能で高価なECU(Engine Control Unit)などの計算機が必要となり、システム全体のコストも増大する。
minΣQ k (P d , P m (k−1), P (k))
Therefore, since the proposed system handles discrete states, the combinatorial optimization problem is solved, and the amount of calculation of the model predictive control problem increases. When the calculation amount of the model predictive control problem increases, a high-performance and expensive computer such as an ECU (Engine Control Unit) is required to execute the calculation, and the cost of the entire system also increases.
上記非特許文献1のように、過充電及び過放電という制約を考慮して一定期間のHEVの燃費を向上させるシステムでは、モデル予測制御問題の計算量が増加してしまう。
As in
そこで、1つの側面では、本発明は、モデル予測制御問題の計算量を抑えることが可能なモデル予測制御装置、方法及びプログラムを提供することを目的とする。 Accordingly, in one aspect, an object of the present invention is to provide a model predictive control apparatus, method, and program capable of suppressing the amount of calculation of a model predictive control problem.
1つの実施形態では、エンジンで発電した電気でモータを駆動し、前記エンジンで発電した電気のうち、前記モータの駆動に利用されない電気は蓄電池を充電することで蓄積されるシステムのモデル予測制御装置であって、目標パワーPd、前記モータの回転数Pm及び前記蓄電池の状態SoCに基づいて、過充電のレベルに応じた過充電の制限及び過放電のレベルに応じた過放電の制限を含み、且つ、一定期間の燃費が最小となる充放電計画P(k)を作成する充放電計画作成手段と、前記充放電計画P(k)及び前記目標パワーPdに基づいて、エンジン発電計画Pe(k)を作成して前記エンジンに供給するエンジン発電計画作成手段とを備え、前記充放電計画作成手段は、前記蓄電池に流入した電流と前記蓄電池から流出した電流を積算するクーロンカウンタのカウント値をi、状態をx(k)=[P m ,SoC,i] T 、入力をu(k)=[P(k),Pe(k)]、x(k+1)=Ax(k)+Bu(k)、A,Bを変数とすると、前記目標パワーP d 及び前記回転数P m に基づいて、x,uの2次式で定義される燃費関数Q k (P d ,P m (k−1),P m (k))を生成する燃費関数生成部と、前記目標パワーP d 及び前記回転数P m に基づいて、u min ≦u(k)≦u max を満たす制約条件u min ,u max を生成する制約条件生成部と、前記蓄電池からの前記蓄電池の状態SoCに基づいて、前記蓄電池の状態SoCが過放電の下限値未満の場合にどの程度まで許容するかと、過充電の上限値を超える場合にどの程度まで許容するかとを表すペナルティ関数p(x(k))を生成するペナルティ関数生成部と、前記燃費関数Q k (P d ,P m (k−1),P m (k))、前記制約条件u min ,u max 及び前記ペナルティ関数p(x(k))に基づいて、最適化問題minΣQ k (P d ,P m (k−1),P(k))+p(x(k))を生成する最適化問題生成部と、前記最適化問題minΣQ k (P d ,P m (k−1),P(k))+p(x(k))を求解し、充放電計画P(k)を出力する最適化問題求解部を有するモデル予測制御装置が提供される。 In one embodiment, a model predictive control device for a system in which a motor is driven by electricity generated by an engine, and among the electricity generated by the engine, electricity not used for driving the motor is accumulated by charging a storage battery And, based on the target power P d , the rotational speed P m of the motor and the state SoC of the storage battery, the overcharge limit according to the overcharge level and the overdischarge limit according to the overdischarge level are set. wherein, and, and the charge-discharge plan creation means fuel of a constant period of creating a smallest charge planning P (k), based on the charge planning P (k) and the target power P d, the engine power program create a P e (k) an engine power program creating means for supplying to said engine, said charge and discharge plan creation means, electrodeposition flowing out current and the battery which has flowed into the accumulator The count value of the coulomb counter for integrating the i, state x (k) = [P m , SoC, i] T, enter the u (k) = [P ( k), Pe (k)], x (k + 1 ) = When Ax (k) + Bu (k ), a, and B variable, the target power P d and on the basis of the rotational speed P m, x, fuel efficiency function Q k which is defined by a quadratic equation of u ( Based on the fuel consumption function generation unit that generates P d , P m (k−1), P m (k)), and the target power P d and the rotation speed P m , u min ≦ u (k) ≦ u Based on the constraint condition generator that generates the constraint conditions u min and u max satisfying max and the state SoC of the storage battery from the storage battery, to what extent the state SoC of the storage battery is less than the lower limit of overdischarge Tolerance and to what extent is it allowed to exceed the upper limit of overcharge The representative penalty function p (x (k)) and the penalty function generation unit for generating said fuel function Q k (P d, P m (k-1), P m (k)), the constraint u min, Based on u max and the penalty function p (x (k)), an optimization problem that generates an optimization problem minΣQ k (P d , P m (k−1), P (k)) + p (x (k)) And the optimization problem minΣQ k (P d , P m (k−1), P (k)) + p (x (k)) are solved and the charge / discharge plan P (k) is output. A model predictive control device having an optimization problem solving unit is provided.
モデル予測制御問題の計算量を抑えることができる。 The computational complexity of the model predictive control problem can be reduced.
実施例におけるモデル予測制御装置、方法及びプログラムでは、目標パワーPd、モータの回転数Pm及び蓄電池の状態SoCに基づいて、過充電のレベルに応じた過充電の制限及び過放電のレベルに応じた過放電の制限を含み、且つ、一定期間の燃費が最小となる充放電計画P(k)を作成する。また、充放電計画P(k)及び目標パワーPdに基づいて、エンジン発電計画Pe(k)を作成してエンジンに供給する。エンジンで発電した電気でモータを駆動し、エンジンで発電した電気のうち、モータの駆動に利用されない電気は蓄電池を充電することで蓄積される。 In the model predictive control device, method, and program in the embodiment, the overcharge limit and overdischarge level according to the overcharge level are set based on the target power P d , the motor rotation speed P m, and the storage battery state SoC. A charge / discharge plan P (k) that includes a corresponding overdischarge limit and that minimizes the fuel consumption for a certain period is created. Further, an engine power generation plan P e (k) is created based on the charge / discharge plan P (k) and the target power P d and supplied to the engine. A motor is driven by electricity generated by the engine, and electricity that is not used for driving the motor among the electricity generated by the engine is accumulated by charging the storage battery.
以下に、発明の実施例としてモデル予測制御装置、方法及びプログラムの各実施例を図面と共に説明する。 Embodiments of the model predictive control device, method, and program will be described below with reference to the drawings as embodiments of the invention.
図1は、一実施例におけるHEVの制御システムの一例を示すブロック図である。図1において、HEVの制御システム1は、充放電計画作成器11、エンジン発電計画器12、蓄電池13、エンジン14及びモータ15を有する。蓄電池13は、例えばリチウムイオン電池である。エンジン14は、ガソリンエンジンに限定されず、ディーゼルエンジン、液化ガスエンジンなどであっても良い。
FIG. 1 is a block diagram illustrating an example of an HEV control system according to an embodiment. In FIG. 1, the
制御システム1は、目標パワーPdを例えばHEVのモータ15の回転数Pmから決定し、充放電計画作成器11は、目標パワーPd、蓄電池13からのSoC及びモータ15からの回転数Pmに基づいて、過充電のレベル及び過放電のレベルを考慮した過充電の制限及び過放電の制限、即ち、過充電のレベルに応じた過充電の制限及び過放電のレベルに応じた過放電の制限を含み、且つ、一定期間の燃費が最小となる充放電計画P(k)を作成する。目標パワーPdは、例えば後述するECUが決定しても良い。充放電計画P(k)は、エンジン発電計画器12及び蓄電池13に供給される。目標パワーPdは、エンジン発電計画器12にも供給される。エンジン発電計画器12は、充放電計画P(k)及び目標パワーPdに基づいて、エンジン発電計画Pe(k)を作成してエンジン14に供給する。エンジン14で発電し、エンジン14で発電した電気でモータ15を駆動する。エンジン14で発電した電気のうち、モータ15の駆動に利用されない余った電気は蓄電池13を充電することで蓄積される。例えばエンジン14の出力が足りない時には、蓄電池13でモータ15を駆動することで、HEVの燃費の向上を図る。
The
充放電計画作成器11は、充放電計画P(k)を作成する充放電計画作成処理を実行する充放電計画作成手段の一例である。エンジン発電計画器12は、エンジン発電計画Pe(k)を作成するエンジン発電計画作成処理を実行するエンジン発電計画作成手段の一例である。充放電計画作成器11及びエンジン発電計画器12は、モデル予測制御装置の一例を形成する。充放電計画作成器11及びエンジン発電計画器12の機能は、後述するように、HEVのエンジン14を制御するECU(図示せず)により実現するようにしても良い。
The charge / discharge
図2は、充放電計画作成器の一例を示すブロック図である。図2において、充放電計画作成器11は、燃費関数生成部21、制約条件生成部22、ペナルティ関数生成部23、最適化問題生成部24及び最適化問題求解部(または、最適化問題ソルバ)25を有する。
FIG. 2 is a block diagram illustrating an example of a charge / discharge plan creator. In FIG. 2, the charge /
充放電計画作成器11内で蓄電池13に流入した電流と蓄電池13から流出した電流を積算するクーロンカウンタのカウント値をi、状態をx(k)=[Pm,SoC,i]T、入力をu(k)=[P(k),Pe(k)]、x(k+1)=Ax(k)+Bu(k)、A,Bを変数とすると、燃費関数Qk(Pd,Pm(k−1),Pm(k))はx,uの2次式で定義できる。燃費関数生成部21は、目標パワーPd及びモータ15の回転数Pmに基づいて、燃費関数Qk(Pd,Pm(k−1),Pm(k))を生成する。制約条件生成部22は、目標パワーPd及びモータ15の回転数Pmに基づいて、umin≦u(k)≦umaxを満たす制約条件umin,umaxを生成する。ペナルティ関数生成部23は、蓄電池13からのSoCに基づいて、ペナルティ関数p(x(k))を生成する。ペナルティ関数p(x(k))は、SoCが過放電の下限値未満の場合にどの程度まで許容するか、及び、SoCが過充電の上限値を超える場合にどの程度まで許容するかを表す関数であれば、特に限定されない。
The count value of the coulomb counter that integrates the current flowing into the
最適化問題生成部24は、燃費関数生成部21からの燃費関数Qk(Pd,Pm(k−1),Pm(k))、制約条件生成部22からの制約条件umin,umax及びペナルティ関数生成部23からのペナルティ関数p(x(k))に基づいて、最適化問題minΣQk(Pd,Pm(k−1),P(k))+p(x(k))を生成する。最適化問題求解部25は、上記の最適化問題minΣQk(Pd,Pm(k−1),P(k))+p(x(k))を求解し、充放電計画P(k)を出力する。
The optimization
燃費関数生成部21は、燃費関数Qkを生成する燃費関数生成処理を実行する燃費関数生成手段の一例である。制約条件生成部22は、制約条件umin,umaxを生成する制約条件生成処理を実行する制約条件生成手段の一例である。ペナルティ関数生成部23は、ペナルティ関数p(x(k))を生成するペナルティ関数生成処理を実行するペナルティ関数生成手段の一例である。最適化問題生成部24は、最適化問題minΣQk(Pd,Pm(k−1),P(k))+p(x(k))を生成する最適化問題生成処理を実行する最適化問題生成手段の一例である。最適化問題求解部25は、一定期間について最適化問題minΣQk(Pd,Pm(k−1),P(k))+p(x(k))を求解する最適化問題求解処理を実行し、過充電のレベルに応じた過充電の制限及び過放電のレベルに応じた過放電の制限を含み、且つ、一定期間の燃費が最小となる充放電計画P(k)を求める最適化問題求解手段の一例である。
Fuel
図3は、エンジン発電計画器の一例を示すブロック図である。図3において、エンジン発電計画器12は、エンジン発電計画作成部31を有する。エンジン発電計画作成部31は、目標パワーPd及び充放電計画作成器11からの充放電計画P(k)に基づいて、エンジン発電計画Pe(k)を作成する。この例では、エンジン発電計画作成部31は、Pd−P(k)=Pe(k)を計算する。
FIG. 3 is a block diagram illustrating an example of an engine power generation planner. In FIG. 3, the engine
図4は、ペナルティ関数の一例を説明する図である。図4において、縦軸はペナルティ関数p(x(k))を示し、横軸(即ち、x軸)はSoC(%)を示す。図4に示すペナルティ関数p(x(k))は、次式で表すことができる。ここで、rは任意の関数を示す。 FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a penalty function. In FIG. 4, the vertical axis represents the penalty function p (x (k)), and the horizontal axis (that is, the x axis) represents SoC (%). The penalty function p (x (k)) shown in FIG. 4 can be expressed by the following equation. Here, r represents an arbitrary function.
図4中、一点鎖線は、SoCが0,20%,80%,100%の場合を示し、例えば上記の非特許文献1においてはSoCが0〜20%の範囲及び80%〜100%の範囲では過放電及び過充電が止められてしまう。これに対し、図4に示すペナルティ関数p(x(k))を用いた最適化問題minΣQk(Pd,Pm(k−1),P(k))+p(x(k))を求解して充放電計画P(k)を求めた場合、実線で示すように、SoCが0〜20%の範囲の場合はSoCが小さくなるにつれてペナルティ関数p(x(k))が大きくなり、80%〜100%の範囲の場合はSoCが大きくなるにつれてペナルティ関数p(x(k))が大きくなるので、例えば数回程度であれば許容できる下限(20%)未満の過放電及び上限(80%)を超える過充電を許容することができる。
In FIG. 4, the alternate long and short dash lines indicate cases where SoC is 0, 20%, 80%, and 100%. For example, in
図5は、ペナルティ関数の他の例を説明する図である。図5において、縦軸はペナルティ関数p(x(k))を示し、横軸(即ち、x軸)はSoC(%)を示す。図5に示すペナルティ関数p(x(k))は、指数関数を含む次式で表すことができる。ここで、r1,r2は夫々任意の関数を示す。 FIG. 5 is a diagram for explaining another example of the penalty function. In FIG. 5, the vertical axis represents the penalty function p (x (k)), and the horizontal axis (that is, the x axis) represents SoC (%). The penalty function p (x (k)) shown in FIG. 5 can be expressed by the following equation including an exponential function. Here, r 1 and r 2 each represent an arbitrary function.
図5中、一点鎖線は、SoCが0,20%,80%,100%の場合を示し、例えば上記の非特許文献1においてはSoCが0〜20%の範囲及び80%〜100%の範囲では過放電及び過充電が止められてしまう。これに対し、図5に示すペナルティ関数p(x(k))を用いた最適化問題minΣQk(Pd,Pm(k−1),P(k))+p(x(k))を求解して充放電計画P(k)を求めた場合、実線で示すように、SoCが0〜20%の範囲の場合はSoCが小さくなるにつれてペナルティ関数p(x(k))が大きくなり、80%〜100%の範囲の場合はSoCが大きくなるにつれてペナルティ関数p(x(k))が大きくなるので、例えば数回程度であれば許容できる下限(20%)未満の過放電及び上限(80%)を超える過充電を許容することができる。
In FIG. 5, the alternate long and short dash lines indicate cases where SoC is 0, 20%, 80%, and 100%. For example, in
なお、蓄電池13に対する過充電の上限及び過放電の下限は、上記のSoC値に限定されるものではなく、蓄電池13に応じて適切に設定可能である。また、ペナルティ関数p(x(k))も、蓄電池13に応じて適切に設定可能であり、特定の関数に限定されるものではない。
Note that the upper limit of overcharge and the lower limit of overdischarge for the
上記実施例によれば、入力u(k)に対してumin≦u(k)≦umaxを満たす制約条件umin,umaxを用い、xmin≦x(k)≦xmaxのようなx(k)に対する制約条件を用いないので、例えば上記非特許文献1の提案システムと比較すると、モデル予測制御問題の計算量を抑えることができる。このため、モデル予測制御問題の計算を実行するために高性能で高価なECUなどの計算機を使用しなくても良く、システム全体のコストの増大を抑制できる。
According to the above embodiment, the constraints u min and u max satisfying u min ≦ u (k) ≦ u max with respect to the input u (k) are used, and x min ≦ x (k) ≦ x max Since the constraint condition for x (k) is not used, the amount of calculation of the model predictive control problem can be suppressed as compared with, for example, the proposed system of
また、リチウムイオン電池の過充電の上限が例えば80%であり、過放電の下限が例えば20%の場合、80%を超える過充電は避けることが望ましいが、例えば数回程度81%の過充電が発生しても、リチウムイオン電池が直ちに劣化することはない。また、20%を下回る過放電は避けることが望ましいが、例えば数回程度19%の過放電が発生しても、リチウムイオン電池が直ちに劣化することはない。一方、例えば98%の過充電が発生したり、2%の過放電が発生した場合、たとえ1回の過充電または過放電であっても、リチウムイオン電池が劣化してしまう。 Further, when the upper limit of overcharge of the lithium ion battery is 80%, for example, and the lower limit of overdischarge is 20%, for example, it is desirable to avoid overcharge exceeding 80%. Even if this occurs, the lithium ion battery does not deteriorate immediately. Although it is desirable to avoid overdischarge below 20%, for example, even if 19% overdischarge occurs several times, the lithium ion battery does not deteriorate immediately. On the other hand, for example, when 98% overcharge or 2% overdischarge occurs, the lithium ion battery deteriorates even if it is overcharged or overdischarged once.
例えば上記非特許文献1の提案システムでは、過充電のレベル(即ち、程度)を考慮していないため、過充電の上限が80%であれば、81%の過充電も98%の過充電もリチウムイオン電池に同様の劣化をもたらすものとして扱われてしまう。同様に、過放電のレベルを考慮していないため、例えば過放電の下限が20%であれば、19%の過放電も2%の過放電もリチウムイオン電池に同様の劣化をもたらすものとして扱われてしまう。このため、この例では81%の過充電または19%の過放電といった、例えば数回程度であれば許容し得るレベルの過充電または過放電までもが制限されるので、リチウムイオン電池の劣化を防止するために充電及び放電が過度に制限されてしまうことがあるため、上記非特許文献1の提案システムではHEVの燃費をさらに向上することは難しい。
For example, in the proposed system of
これに対し、上記実施例によれば、過充電のレベル及び過放電のレベルを考慮した過充電の制限及び過放電の制限が可能となるため、上記の例の場合、81%の過充電または19%の過放電といった、例えば数回程度であれば許容し得るレベルの過充電または過放電は許容することで、HEVの燃費をさらに向上することが可能となる。 On the other hand, according to the above-described embodiment, it is possible to limit overcharge and overdischarge in consideration of the overcharge level and the overdischarge level. It is possible to further improve HEV fuel efficiency by allowing overcharge or overdischarge at a level that can be tolerated if it is several times, such as 19% overdischarge.
図6は、一実施例におけるモデル予測制御装置の一例を示すブロック図である。図6中、図1と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。図6において、モデル予測制御装置41は、エンジン14を制御するECU(Engine Control Unit)51及びメモリ52を有する。ECU51は、図1に示す充放電計画作成器11及びエンジン発電計画器12の機能を実現するコンピュータ、プロセッサなどの計算機の一例である。メモリ52は、ECU51が実行するプログラム、ECU51が実行する演算などの中間結果、各種パラメータ、ペナルティ関数などを記憶する記憶手段の一例である。メモリ52は、ECU51にモデル予測制御処理を実行させるプログラムを格納したコンピュータ読取可能な記憶媒体の一例を形成しても良い。コンピュータ読取可能な記憶媒体は、例えばCD−ROM(Compact Disk-Read Only Memory)、DVD(Digital Versatile Disk)、USB(Universal Serial Bus)メモリなどの可搬型記録媒体、フラッシュメモリなどの半導体メモリ、ハードディスクドライブ(HDD:Hard Disk Drive)などの記憶装置により形成可能である。
FIG. 6 is a block diagram illustrating an example of a model prediction control apparatus according to an embodiment. In FIG. 6, the same parts as those in FIG. In FIG. 6, the model
ECU51は、目標パワーPdを例えばHEVのモータ15の回転数Pmから決定する目標パワー決定手段として機能でき、目標パワーPd、蓄電池13からのSoC及びモータ15からの回転数Pmに基づいて、過充電のレベル及び過放電のレベルを考慮した過充電の制限及び過放電の制限を含み、且つ、一定期間の燃費が最小となる充放電計画P(k)を作成して蓄電池13に供給する充放電計画作成手段として機能できる。また、ECU51は、充放電計画P(k)及び目標パワーPdに基づいて、エンジン発電計画Pe(k)を作成してエンジン14に供給するエンジン発電計画手段として機能できる。これにより、エンジン14で発電し、エンジン14で発電した電気でモータ15を駆動する。エンジン14で発電した電気のうち、モータ15の駆動に利用されない余った電気は蓄電池13を充電することで蓄積される。例えばエンジン14の出力が足りない時には、蓄電池13でモータ15を駆動することで、HEVの燃費の向上を図る。
The ECU 51 can function as a target power determination unit that determines the target power P d from, for example, the rotation speed P m of the
図7は、モデル予測制御装置の処理の一例を説明するフローチャートである。図7に示す処理は、図6のECU51により実行できる。図7において、ステップS1では目標パワー決定処理が実行され、ステップS2〜S6では充放電計画作成処理が実行され、ステップS7ではエンジン発電計画作成処理が実行される。充放電計画作成処理及びエンジン発電計画作成処理は、モデル予測制御処理に含まれる。目標パワー決定処理は、モデル予測制御処理に含まれても良い。 FIG. 7 is a flowchart illustrating an example of processing of the model prediction control apparatus. The process shown in FIG. 7 can be executed by the ECU 51 in FIG. In FIG. 7, a target power determination process is executed in step S1, a charge / discharge plan creation process is executed in steps S2 to S6, and an engine power generation plan creation process is executed in step S7. The charge / discharge plan creation process and the engine power generation plan creation process are included in the model predictive control process. The target power determination process may be included in the model predictive control process.
図7において、ステップS1では、ECU51が目標パワー決定処理を実行し、目標パワーPdを例えばHEVのモータ15の回転数Pmから決定してメモリ52に記憶する。
In FIG. 7, in step S < b > 1, the ECU 51 executes target power determination processing, and determines the target power P d from, for example, the rotational speed P m of the
ステップS2では、ECU51が燃費関数生成処理を実行し、目標パワーPd及びモータ15の回転数Pmに基づいて、燃費関数Qk(Pd,Pm(k−1),Pm(k))を生成してメモリ52に記憶する。ステップS3では、ECU51が制約条件生成処理を実行し、目標パワーPd及びモータ15の回転数Pmに基づいて、umin≦u(k)≦umaxを満たす制約条件umin,umaxを生成してメモリ52に記憶する。ステップS4では、ECU51がペナルティ関数生成処理を実行し、蓄電池13からのSoCに基づいて、ペナルティ関数p(x(k))を生成してメモリ52に記憶する。ステップS2,S3,S4の実行順序は特に限定されず、少なくとも一部が並行に実行されても良い。
In step S2, the ECU 51 executes a fuel efficiency function generation process, and based on the target power P d and the rotational speed P m of the
ステップS5では、ECU51が最適化問題生成処理を実行し、メモリ52に記憶された燃費関数Qk(Pd,Pm(k−1),Pm(k))、制約条件umin,umax及びペナルティ関数p(x(k))に基づいて、最適化問題minΣQk(Pd,Pm(k−1),P(k))+p(x(k))を生成してメモリ52に記憶する。ステップS6では、ECU51が最適化問題求解処理を実行し、メモリ52に記憶された最適化問題minΣQk(Pd,Pm(k−1),P(k))+p(x(k))を求解し、充放電計画P(k)を出力する。
In step S5, the ECU 51 executes an optimization problem generation process, and the fuel consumption function Q k (P d , P m (k−1), P m (k)) stored in the
ステップS7では、ECU51がエンジン発電計画作成処理を実行し、メモリ52に記憶された目標パワーPd及び充放電計画P(k)に基づいて、エンジン発電計画Pe(k)を作成してメモリ52に記憶する。この例では、エンジン発電計画作成処理では、Pd−P(k)=Pe(k)が計算され、エンジン14に供給される。
In step S7, the ECU 51 executes engine power generation plan creation processing, creates the engine power generation plan P e (k) based on the target power P d and the charge / discharge plan P (k) stored in the
上記実施例によれば、リチウムイオン電池の劣化を防止するために充電及び放電が過度に制限されてしまうことがなく、モデル予測制御問題の計算量を抑えることができる。また、上記実施例によれば、リチウムイオン電池の劣化を抑制するようにHEVのエンジンによる発電量とリチウムイオン電池の充放電量を決定することができる。 According to the above embodiment, charging and discharging are not excessively restricted in order to prevent the deterioration of the lithium ion battery, and the calculation amount of the model predictive control problem can be suppressed. Moreover, according to the said Example, the electric power generation amount by the engine of HEV and the charging / discharging amount of a lithium ion battery can be determined so that deterioration of a lithium ion battery may be suppressed.
以上の実施例を含む実施形態に関し、さらに以下の付記を開示する。
(付記1)
エンジンで発電した電気でモータを駆動し、前記エンジンで発電した電気のうち、前記モータの駆動に利用されない電気は蓄電池を充電することで蓄積されるシステムのモデル予測制御装置であって、
目標パワーPd、前記モータの回転数Pm及び前記蓄電池の状態SoCに基づいて、過充電のレベルに応じた過充電の制限及び過放電のレベルに応じた過放電の制限を含み、且つ、一定期間の燃費が最小となる充放電計画P(k)を作成する充放電計画作成手段と、
前記充放電計画P(k)及び前記目標パワーPdに基づいて、エンジン発電計画Pe(k)を作成して前記エンジンに供給するエンジン発電計画作成手段
を備えたことを特徴とする、モデル予測制御装置。
(付記2)
前記充放電計画作成手段は、
前記蓄電池に流入した電流と前記蓄電池から流出した電流を積算するクーロンカウンタのカウント値をi、状態をx(k)=[Pm,SoC,i]T、入力をu(k)=[P(k),Pe(k)]、x(k+1)=Ax(k)+Bu(k)、A,Bを変数とすると、前記目標パワーPd及び前記回転数Pmに基づいて、x,uの2次式で定義される燃費関数Qk(Pd,Pm(k−1),Pm(k))を生成する燃費関数生成部と、
前記目標パワーPd及び前記回転数Pmに基づいて、umin≦u(k)≦umaxを満たす制約条件umin,umaxを生成する制約条件生成部と、
前記蓄電池からの前記蓄電池の状態SoCに基づいて、前記蓄電池の状態SoCが過放電の下限値未満の場合にどの程度まで許容するかと、過充電の上限値を超える場合にどの程度まで許容するかとを表すペナルティ関数p(x(k))を生成するペナルティ関数生成部と、
前記燃費関数Qk(Pd,Pm(k−1),Pm(k))、前記制約条件umin,umax及び前記ペナルティ関数p(x(k))に基づいて、最適化問題minΣQk(Pd,Pm(k−1),P(k))+p(x(k))を生成する最適化問題生成部と、
前記最適化問題minΣQk(Pd,Pm(k−1),P(k))+p(x(k))を求解し、充放電計画P(k)を出力する最適化問題求解部
を有することを特徴とする、付記1記載のモデル予測制御装置。
(付記3)
前記エンジン発電計画作成手段は、前記目標パワーPd及び前記充放電計画P(k)に基づいて、Pd−P(k)=Pe(k)なるエンジン発電計画Pe(k)を作成するエンジン発電計画作成部を有することを特徴とする、付記1または2記載のモデル予測制御装置。
(付記4)
前記回転数Pmから前記目標パワーPdを決定する目標パワー決定手段を更に備えたことを特徴とする、付記1乃至3のいずれか1項記載のモデル予測制御装置。
(付記5)
エンジンで発電した電気でモータを駆動し、前記エンジンで発電した電気のうち、前記モータの駆動に利用されない電気は蓄電池を充電することで蓄積されるシステムのモデル予測制御方法であって、
前記エンジンを制御する計算機が、
目標パワーPd、前記モータの回転数Pm及び前記蓄電池の状態SoCに基づいて、過充電のレベルに応じた過充電の制限及び過放電のレベルに応じた過放電の制限を含み、且つ、一定期間の燃費が最小となる充放電計画P(k)を作成し、
前記充放電計画P(k)及び前記目標パワーPdに基づいて、前記エンジンに供給するエンジン発電計画Pe(k)を作成する
処理を実行することを特徴とする、モデルの予測制御方法。
(付記6)
前記充放電計画P(k)の作成は、
前記蓄電池に流入した電流と前記蓄電池から流出した電流を積算するクーロンカウンタのカウント値をi、状態をx(k)=[Pm,SoC,i]T、入力をu(k)=[P(k),Pe(k)]、x(k+1)=Ax(k)+Bu(k)、A,Bを変数とすると、前記目標パワーPd及び前記回転数Pmに基づいて、x,uの2次式で定義される燃費関数Qk(Pd,Pm(k−1),Pm(k))を生成する燃費関数生成処理と、
前記目標パワーPd及び前記回転数Pmに基づいて、umin≦u(k)≦umaxを満たす制約条件umin,umaxを生成する制約条件生成処理と、
前記蓄電池からの前記蓄電池の状態SoCに基づいて、前記蓄電池の状態SoCが過放電の下限値未満の場合にどの程度まで許容するかと、過充電の上限値を超える場合にどの程度まで許容するかとを表すペナルティ関数p(x(k))を生成するペナルティ関数生成処理と、
前記燃費関数Qk(Pd,Pm(k−1),Pm(k))、前記制約条件umin,umax及び前記ペナルティ関数p(x(k))に基づいて、最適化問題minΣQk(Pd,Pm(k−1),P(k))+p(x(k))を生成する最適化問題生成処理と、
前記最適化問題minΣQk(Pd,Pm(k−1),P(k))+p(x(k))を求解し、充放電計画P(k)を出力する最適化問題求解処理
を含むことを特徴とする、付記5記載のモデル予測制御方法。
(付記7)
前記エンジン発電計画Pe(k)の作成は、前記目標パワーPd及び前記充放電計画P(k)に基づいて、Pd−P(k)=Pe(k)なるエンジン発電計画Pe(k)を作成するエンジン発電計画作成処理を含むことを特徴とする、付記5または6記載のモデル予測制御方法。
(付記8)
前記計算機が、前記回転数Pmから前記目標パワーPdを決定する処理をさらに実行することを特徴とする、付記5乃至7のいずれか1項記載のモデル予測制御方法。
(付記9)
エンジンで発電した電気でモータを駆動し、前記エンジンで発電した電気のうち、前記モータの駆動に利用されない電気は蓄電池を充電することで蓄積されるシステムのモデル予測制御処理をコンピュータに実行させるプログラムであって、
目標パワーPd、前記モータの回転数Pm及び前記蓄電池の状態SoCに基づいて、過充電のレベルに応じた過充電の制限及び過放電のレベルに応じた過放電の制限を含み、且つ、一定期間の燃費が最小となる充放電計画P(k)を作成し、
前記充放電計画P(k)及び前記目標パワーPdに基づいて、前記エンジンに供給するエンジン発電計画Pe(k)を作成する
前記モデル予測制御処理を前記コンピュータに実行させることを特徴とする、プログラム。
(付記10)
前記充放電計画P(k)の作成は、
前記蓄電池に流入した電流と前記蓄電池から流出した電流を積算するクーロンカウンタのカウント値をi、状態をx(k)=[Pm,SoC,i]T、入力をu(k)=[P(k),Pe(k)]、x(k+1)=Ax(k)+Bu(k)、A,Bを変数とすると、前記目標パワーPd及び前記回転数Pmに基づいて、x,uの2次式で定義される燃費関数Qk(Pd,Pm(k−1),Pm(k))を生成する燃費関数生成処理と、
前記目標パワーPd及び前記回転数Pmに基づいて、umin≦u(k)≦umaxを満たす制約条件umin,umaxを生成する制約条件生成処理と、
前記蓄電池からの前記蓄電池の状態SoCに基づいて、前記蓄電池の状態SoCが過放電の下限値未満の場合にどの程度まで許容するかと、過充電の上限値を超える場合にどの程度まで許容するかとを表すペナルティ関数p(x(k))を生成するペナルティ関数生成処理と、
前記燃費関数Qk(Pd,Pm(k−1),Pm(k))、前記制約条件umin,umax及び前記ペナルティ関数p(x(k))に基づいて、最適化問題minΣQk(Pd,Pm(k−1),P(k))+p(x(k))を生成する最適化問題生成処理と、
前記最適化問題minΣQk(Pd,Pm(k−1),P(k))+p(x(k))を求解し、充放電計画P(k)を出力する最適化問題求解処理
を含むことを特徴とする、付記9記載のプログラム。
(付記11)
前記エンジン発電計画Pe(k)の作成は、前記目標パワーPd及び前記充放電計画P(k)に基づいて、Pd−P(k)=Pe(k)なるエンジン発電計画Pe(k)を作成するエンジン発電計画作成処理を含むことを特徴とする、付記9または10記載のプログラム。
(付記12)
前記プログラムは、前記回転数Pmから前記目標パワーPdを決定する処理を前記コンピュータにさらに実行させることを特徴とする、付記9乃至11のいずれか1項記載のモデル予測制御方法。
The following supplementary notes are further disclosed with respect to the embodiments including the above examples.
(Appendix 1)
A motor is driven by electricity generated by an engine, and among the electricity generated by the engine, electricity that is not used for driving the motor is a model predictive control device that accumulates by charging a storage battery,
Based on the target power P d , the rotational speed P m of the motor and the state SoC of the storage battery, including an overcharge limit according to the overcharge level and an overdischarge limit according to the overdischarge level; and Charging / discharging plan creation means for creating a charging / discharging plan P (k) that minimizes fuel consumption for a certain period;
An engine power generation plan creating means for creating an engine power generation plan P e (k) based on the charge / discharge plan P (k) and the target power P d and supplying the engine power generation plan P e (k) to the engine Predictive control device.
(Appendix 2)
The charge / discharge plan creation means includes:
The count value of the coulomb counter that integrates the current flowing into the storage battery and the current flowing out of the storage battery is i, the state is x (k) = [P m , SoC, i] T , and the input is u (k) = [P (k), Pe (k) ], x (k + 1) = Ax (k) + Bu (k), a, when the a variable B, and based on the target power P d and the rotational speed P m, x, u A fuel consumption function generation unit that generates a fuel consumption function Q k (P d , P m (k−1), P m (k)) defined by the quadratic expression of
A constraint condition generator that generates constraint conditions u min and u max satisfying u min ≦ u (k) ≦ u max based on the target power P d and the rotation speed P m ;
Based on the state SoC of the storage battery from the storage battery, to what extent is the state allowed when the state SoC of the storage battery is less than the lower limit value of overdischarge, and to what extent is allowed when the upper limit value of overcharge is exceeded A penalty function generator that generates a penalty function p (x (k)) representing
Based on the fuel consumption function Q k (P d , P m (k−1), P m (k)), the constraints u min , u max and the penalty function p (x (k)), an optimization problem an optimization problem generator that generates minΣQ k (P d , P m (k−1), P (k)) + p (x (k));
An optimization problem solving unit that solves the optimization problem minΣQ k (P d , P m (k−1), P (k)) + p (x (k)) and outputs the charge / discharge plan P (k) The model predictive control device according to
(Appendix 3)
The engine power generation plan creation means creates an engine power generation plan P e (k) such that P d −P (k) = P e (k) based on the target power P d and the charge / discharge plan P (k). The model predictive control apparatus according to
(Appendix 4)
And further comprising a target power determination means for determining the target power P d from the rotational speed P m, the model predictive control apparatus according to any one of
(Appendix 5)
A motor is driven by electricity generated by an engine, and among the electricity generated by the engine, electricity that is not used for driving the motor is a model predictive control method for accumulating by charging a storage battery,
A computer for controlling the engine
Based on the target power P d , the rotational speed P m of the motor and the state SoC of the storage battery, including an overcharge limit according to the overcharge level and an overdischarge limit according to the overdischarge level; and Create a charge / discharge plan P (k) that minimizes fuel consumption over a period of time,
A model predictive control method, comprising: executing an engine power generation plan P e (k) to be supplied to the engine based on the charge / discharge plan P (k) and the target power P d .
(Appendix 6)
Creation of the charge / discharge plan P (k)
The count value of the coulomb counter that integrates the current flowing into the storage battery and the current flowing out of the storage battery is i, the state is x (k) = [P m , SoC, i] T , and the input is u (k) = [P (k), Pe (k) ], x (k + 1) = Ax (k) + Bu (k), a, when the a variable B, and based on the target power P d and the rotational speed P m, x, u A fuel consumption function generation process for generating a fuel consumption function Q k (P d , P m (k−1), P m (k)) defined by the quadratic equation of
A constraint condition generation process for generating constraint conditions u min and u max satisfying u min ≦ u (k) ≦ u max based on the target power P d and the rotation speed P m ;
Based on the state SoC of the storage battery from the storage battery, to what extent is the state allowed when the state SoC of the storage battery is less than the lower limit value of overdischarge, and to what extent is allowed when the upper limit value of overcharge is exceeded A penalty function generation process for generating a penalty function p (x (k)) representing
Based on the fuel consumption function Q k (P d , P m (k−1), P m (k)), the constraints u min , u max and the penalty function p (x (k)), an optimization problem optimization problem generation processing for generating minΣQ k (P d , P m (k−1), P (k)) + p (x (k));
An optimization problem solving process for solving the optimization problem minΣQ k (P d , P m (k−1), P (k)) + p (x (k)) and outputting a charge / discharge plan P (k) The model predictive control method according to
(Appendix 7)
The generation of the engine power generation plan P e (k) is based on the target power P d and the charge / discharge plan P (k), and the engine power generation plan P e is P d −P (k) = P e (k). The model predictive control method according to
(Appendix 8)
Said computer, said from the rotation speed P m target power P d processing for determining further characterized by executing, model predictive control method according to any one of Appendices 5-7.
(Appendix 9)
A program that drives a motor with electricity generated by an engine and causes a computer to execute model predictive control processing of a system in which electricity that is not used for driving the motor among the electricity generated by the engine is stored by charging a storage battery Because
Based on the target power P d , the rotational speed P m of the motor and the state SoC of the storage battery, including an overcharge limit according to the overcharge level and an overdischarge limit according to the overdischarge level; and Create a charge / discharge plan P (k) that minimizes fuel consumption over a period of time,
Generating an engine power generation plan P e (k) to be supplied to the engine based on the charge / discharge plan P (k) and the target power P d , causing the computer to execute the model predictive control process; ,program.
(Appendix 10)
Creation of the charge / discharge plan P (k)
The count value of the coulomb counter that integrates the current flowing into the storage battery and the current flowing out of the storage battery is i, the state is x (k) = [P m , SoC, i] T , and the input is u (k) = [P (k), Pe (k) ], x (k + 1) = Ax (k) + Bu (k), a, when the a variable B, and based on the target power P d and the rotational speed P m, x, u A fuel consumption function generation process for generating a fuel consumption function Q k (P d , P m (k−1), P m (k)) defined by the quadratic equation of
A constraint condition generation process for generating constraint conditions u min and u max satisfying u min ≦ u (k) ≦ u max based on the target power P d and the rotation speed P m ;
Based on the state SoC of the storage battery from the storage battery, to what extent is the state allowed when the state SoC of the storage battery is less than the lower limit value of overdischarge, and to what extent is allowed when the upper limit value of overcharge is exceeded A penalty function generation process for generating a penalty function p (x (k)) representing
Based on the fuel consumption function Q k (P d , P m (k−1), P m (k)), the constraints u min , u max and the penalty function p (x (k)), an optimization problem optimization problem generation processing for generating minΣQ k (P d , P m (k−1), P (k)) + p (x (k));
An optimization problem solving process for solving the optimization problem minΣQ k (P d , P m (k−1), P (k)) + p (x (k)) and outputting a charge / discharge plan P (k) The program according to appendix 9, wherein the program is included.
(Appendix 11)
The generation of the engine power generation plan P e (k) is based on the target power P d and the charge / discharge plan P (k), and the engine power generation plan P e is P d −P (k) = P e (k). The program according to appendix 9 or 10, including an engine power generation plan creation process for creating (k).
(Appendix 12)
The program, the processing of the rotation speed P m to determine the target power P d, characterized in that it further executes the computer, model predictive control method according to any one of Appendices 9-11.
以上、開示のモデル予測制御装置、方法及びプログラムを実施例により説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能であることは言うまでもない。 Although the disclosed model predictive control apparatus, method, and program have been described with the embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications and improvements can be made within the scope of the present invention. Needless to say.
1 制御システム
11 充放電計画作成器
12 エンジン発電計画器
13 蓄電池
14 エンジン
15 モータ
41 モデル予測制御装置
51 ECU
52 メモリ
DESCRIPTION OF
52 memory
Claims (4)
目標パワーPd、前記モータの回転数Pm及び前記蓄電池の状態SoCに基づいて、過充電のレベルに応じた過充電の制限及び過放電のレベルに応じた過放電の制限を含み、且つ、一定期間の燃費が最小となる充放電計画P(k)を作成する充放電計画作成手段と、
前記充放電計画P(k)及び前記目標パワーPdに基づいて、エンジン発電計画Pe(k)を作成して前記エンジンに供給するエンジン発電計画作成手段とを備え、
前記充放電計画作成手段は、
前記蓄電池に流入した電流と前記蓄電池から流出した電流を積算するクーロンカウンタのカウント値をi、状態をx(k)=[P m ,SoC,i] T 、入力をu(k)=[P(k),Pe(k)]、x(k+1)=Ax(k)+Bu(k)、A,Bを変数とすると、前記目標パワーP d 及び前記回転数P m に基づいて、x,uの2次式で定義される燃費関数Q k (P d ,P m (k−1),P m (k))を生成する燃費関数生成部と、
前記目標パワーP d 及び前記回転数P m に基づいて、u min ≦u(k)≦u max を満たす制約条件u min ,u max を生成する制約条件生成部と、
前記蓄電池からの前記蓄電池の状態SoCに基づいて、前記蓄電池の状態SoCが過放電の下限値未満の場合にどの程度まで許容するかと、過充電の上限値を超える場合にどの程度まで許容するかとを表すペナルティ関数p(x(k))を生成するペナルティ関数生成部と、
前記燃費関数Q k (P d ,P m (k−1),P m (k))、前記制約条件u min ,u max 及び前記ペナルティ関数p(x(k))に基づいて、最適化問題minΣQ k (P d ,P m (k−1),P(k))+p(x(k))を生成する最適化問題生成部と、
前記最適化問題minΣQ k (P d ,P m (k−1),P(k))+p(x(k))を求解し、充放電計画P(k)を出力する最適化問題求解部を有する
ことを特徴とする、モデル予測制御装置。 A motor is driven by electricity generated by an engine, and among the electricity generated by the engine, electricity that is not used for driving the motor is a model predictive control device that accumulates by charging a storage battery,
Based on the target power P d , the rotational speed P m of the motor and the state SoC of the storage battery, including an overcharge limit according to the overcharge level and an overdischarge limit according to the overdischarge level; and Charging / discharging plan creation means for creating a charging / discharging plan P (k) that minimizes fuel consumption for a certain period;
On the basis of the charge planning P (k) and the target power P d, and an engine power program creating means for supplying to said engine to create an engine power program P e (k),
The charge / discharge plan creation means includes:
The count value of the coulomb counter that integrates the current flowing into the storage battery and the current flowing out of the storage battery is i, the state is x (k) = [P m , SoC, i] T , and the input is u (k) = [P (k), Pe (k) ], x (k + 1) = Ax (k) + Bu (k), a, when the a variable B, and based on the target power P d and the rotational speed P m, x, u A fuel consumption function generation unit that generates a fuel consumption function Q k (P d , P m (k−1), P m (k)) defined by the quadratic expression of
A constraint condition generator that generates constraint conditions u min and u max satisfying u min ≦ u (k) ≦ u max based on the target power P d and the rotation speed P m ;
Based on the state SoC of the storage battery from the storage battery, to what extent is the state allowed when the state SoC of the storage battery is less than the lower limit value of overdischarge, and to what extent is allowed when the upper limit value of overcharge is exceeded A penalty function generator that generates a penalty function p (x (k)) representing
Based on the fuel consumption function Q k (P d , P m (k−1), P m (k)), the constraints u min , u max and the penalty function p (x (k)), an optimization problem an optimization problem generator that generates minΣQ k (P d , P m (k−1), P (k)) + p (x (k));
An optimization problem solving unit that solves the optimization problem minΣQ k (P d , P m (k−1), P (k)) + p (x (k)) and outputs a charge / discharge plan P (k) A model predictive control device comprising:
前記エンジンを制御する計算機が、
目標パワーPd、前記モータの回転数Pm及び前記蓄電池の状態SoCに基づいて、過充電のレベルに応じた過充電の制限及び過放電のレベルに応じた過放電の制限を含み、且つ、一定期間の燃費が最小となる充放電計画P(k)を作成する処理と、
前記充放電計画P(k)及び前記目標パワーPdに基づいて、前記エンジンに供給するエンジン発電計画Pe(k)を作成する処理とを実行し、
前記充放電計画P(k)を作成する処理は、
前記蓄電池に流入した電流と前記蓄電池から流出した電流を積算するクーロンカウンタのカウント値をi、状態をx(k)=[P m ,SoC,i] T 、入力をu(k)=[P(k),Pe(k)]、x(k+1)=Ax(k)+Bu(k)、A,Bを変数とすると、前記目標パワーP d 及び前記回転数P m に基づいて、x,uの2次式で定義される燃費関数Q k (P d ,P m (k−1),P m (k))を生成する燃費関数生成処理と、
前記目標パワーP d 及び前記回転数P m に基づいて、u min ≦u(k)≦u max を満たす制約条件u min ,u max を生成する制約条件生成処理と、
前記蓄電池からの前記蓄電池の状態SoCに基づいて、前記蓄電池の状態SoCが過放電の下限値未満の場合にどの程度まで許容するかと、過充電の上限値を超える場合にどの程度まで許容するかとを表すペナルティ関数p(x(k))を生成するペナルティ関数生成処理と、
前記燃費関数Q k (P d ,P m (k−1),P m (k))、前記制約条件u min ,u max 及び前記ペナルティ関数p(x(k))に基づいて、最適化問題minΣQ k (P d ,P m (k−1),P(k))+p(x(k))を生成する最適化問題生成処理と、
前記最適化問題minΣQ k (P d ,P m (k−1),P(k))+p(x(k))を求解し、充放電計画P(k)を出力する最適化問題求解処理を含む
ことを特徴とする、モデルの予測制御方法。 A motor is driven by electricity generated by an engine, and among the electricity generated by the engine, electricity that is not used for driving the motor is a model predictive control method for accumulating by charging a storage battery,
A computer for controlling the engine
Based on the target power P d , the rotational speed P m of the motor and the state SoC of the storage battery, including an overcharge limit according to the overcharge level and an overdischarge limit according to the overdischarge level; and A process of creating a charge / discharge plan P (k) that minimizes the fuel consumption for a certain period;
The charge planning P (k) and on the basis of the target power P d, and executes the process of creating a supply engine power program P e (k) to the engine,
The process of creating the charge / discharge plan P (k) is as follows:
The count value of the coulomb counter that integrates the current flowing into the storage battery and the current flowing out of the storage battery is i, the state is x (k) = [P m , SoC, i] T , and the input is u (k) = [P (k), Pe (k) ], x (k + 1) = Ax (k) + Bu (k), a, when the a variable B, and based on the target power P d and the rotational speed P m, x, u A fuel consumption function generation process for generating a fuel consumption function Q k (P d , P m (k−1), P m (k)) defined by the quadratic equation of
A constraint condition generation process for generating constraint conditions u min and u max satisfying u min ≦ u (k) ≦ u max based on the target power P d and the rotation speed P m ;
Based on the state SoC of the storage battery from the storage battery, to what extent is the state allowed when the state SoC of the storage battery is less than the lower limit value of overdischarge, and to what extent is allowed when the upper limit value of overcharge is exceeded A penalty function generation process for generating a penalty function p (x (k)) representing
Based on the fuel consumption function Q k (P d , P m (k−1), P m (k)), the constraints u min , u max and the penalty function p (x (k)), an optimization problem optimization problem generation processing for generating minΣQ k (P d , P m (k−1), P (k)) + p (x (k));
An optimization problem solving process for solving the optimization problem minΣQ k (P d , P m (k−1), P (k)) + p (x (k)) and outputting a charge / discharge plan P (k) is performed. A predictive control method for a model, comprising :
目標パワーPd、前記モータの回転数Pm及び前記蓄電池の状態SoCに基づいて、過充電のレベルに応じた過充電の制限及び過放電のレベルに応じた過放電の制限を含み、且つ、一定期間の燃費が最小となる充放電計画P(k)を作成し、
前記充放電計画P(k)及び前記目標パワーPdに基づいて、前記エンジンに供給するエンジン発電計画Pe(k)を作成する、
処理を前記コンピュータに実行させ、
前記充放電計画P(k)を作成する処理は、
前記蓄電池に流入した電流と前記蓄電池から流出した電流を積算するクーロンカウンタのカウント値をi、状態をx(k)=[P m ,SoC,i] T 、入力をu(k)=[P(k),Pe(k)]、x(k+1)=Ax(k)+Bu(k)、A,Bを変数とすると、前記目標パワーP d 及び前記回転数P m に基づいて、x,uの2次式で定義される燃費関数Q k (P d ,P m (k−1),P m (k))を生成する燃費関数生成処理と、
前記目標パワーP d 及び前記回転数P m に基づいて、u min ≦u(k)≦u max を満たす制約条件u min ,u max を生成する制約条件生成処理と、
前記蓄電池からの前記蓄電池の状態SoCに基づいて、前記蓄電池の状態SoCが過放電の下限値未満の場合にどの程度まで許容するかと、過充電の上限値を超える場合にどの程度まで許容するかとを表すペナルティ関数p(x(k))を生成するペナルティ関数生成処理と、
前記燃費関数Q k (P d ,P m (k−1),P m (k))、前記制約条件u min ,u max 及び前記ペナルティ関数p(x(k))に基づいて、最適化問題minΣQ k (P d ,P m (k−1),P(k))+p(x(k))を生成する最適化問題生成処理と、
前記最適化問題minΣQ k (P d ,P m (k−1),P(k))+p(x(k))を求解し、充放電計画P(k)を出力する最適化問題求解処理を含む
ことを特徴とする、プログラム。 Driving the motor with electricity generated by the engine, of the electricity generated by the engine, electricity is not used for driving the motor in order to run the model predictive control process of the system that are accumulated by charging the battery in the computer The program of
Based on the target power P d , the rotational speed P m of the motor and the state SoC of the storage battery, including an overcharge limit according to the overcharge level and an overdischarge limit according to the overdischarge level; and Create a charge / discharge plan P (k) that minimizes fuel consumption over a period of time,
On the basis of the charge planning P (k) and the target power P d, to create a supply engine power program P e (k) to the engine,
Causing the computer to perform processing ;
The process of creating the charge / discharge plan P (k) is as follows:
The count value of the coulomb counter that integrates the current flowing into the storage battery and the current flowing out of the storage battery is i, the state is x (k) = [P m , SoC, i] T , and the input is u (k) = [P (k), Pe (k) ], x (k + 1) = Ax (k) + Bu (k), a, when the a variable B, and based on the target power P d and the rotational speed P m, x, u A fuel consumption function generation process for generating a fuel consumption function Q k (P d , P m (k−1), P m (k)) defined by the quadratic equation of
A constraint condition generation process for generating constraint conditions u min and u max satisfying u min ≦ u (k) ≦ u max based on the target power P d and the rotation speed P m ;
Based on the state SoC of the storage battery from the storage battery, to what extent is the state allowed when the state SoC of the storage battery is less than the lower limit value of overdischarge, and to what extent is allowed when the upper limit value of overcharge is exceeded A penalty function generation process for generating a penalty function p (x (k)) representing
Based on the fuel consumption function Q k (P d , P m (k−1), P m (k)), the constraints u min , u max and the penalty function p (x (k)), an optimization problem optimization problem generation processing for generating minΣQ k (P d , P m (k−1), P (k)) + p (x (k));
An optimization problem solving process for solving the optimization problem minΣQ k (P d , P m (k−1), P (k)) + p (x (k)) and outputting a charge / discharge plan P (k) is performed. A program characterized by including .
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