能量管理策略
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能量管理策略范文第1篇
关键词:城市公交；串联式；策略
中图分类号： TN144 文献标识码： A 文章编号：
1、混合动力城市客车驱动形式的选择
在决定混合动力城市客车选用串联还是并联驱动方式时，必须充分结合混合动力城市客车的运行工况的特点和需要达到的侧重目标一一降低排放还是提高燃油经济性。重点从以下几个方面考虑。
(l)并联驱动的燃油经济性比串联好，而串联方案的排放更佳。目前各国开发混合动力城市客车的直接目的是改善公交客车的排放。根据资料统计，欧美前一阶段所生产和研制的混合动力城市客车多采用串联布置方案。
(2)串联驱动方案只有电机直接驱动这一驱动形式。电动机在低速时候很好的扭矩特性使串联布置混合动力客车具有很好的加速性能，这对城市客车尤为重要。
(3)对于混合动力公交客车而言，在行驶过程会频繁的出现减速和停车等运行工况，相对而言，采用串联布置更利于制动能量的回收。
(4)串联方案特点决定了其对电池的依赖程度更高，但公交客车都是很规律的运行工况使其具有对电池组进行定期维护的条件。
(5)串联方案与并联方案相比较的劣势之一，是电池、电动机、发动机、发电机的功率较大，从而使整车的质量和成本上升幅度较大，但这种上升幅度对大客车的影响相对较小。
(6)串联方案具有“零排放”特性，这使它具有更适合于在排放要求极为严格的中心市区内运行。
(7)各自的技术特点决定了串联式混合动力汽车特别适合于在市内低速运行、频繁的加速、减速、停车的复杂工况;而并联混合动力汽车更适于路况简单的城市间公路及高速行驶的车辆。
2、串联式混合动力公交车控制策略研究
控制策略是混合动力汽车的核心，是混合动力汽车驱动系统发挥最佳性能的关键，它根据汽车行驶过程中对动力系统的能量需求，动态分配发动机与电机系统的输出功率，使发动机尽量工作在最优工作区，当车辆的需求功率较小时，发动机必须将多余的能量输入蓄电池储存起来;在车辆的需求功率较大时，再将蓄电池的电能释放出来。在目前的技术条件下，蓄电池的充放电效率都不高，特别是这样频繁的充放电过程必将造成了很多不必要的能量的损失。所以合理的控制策略和控制逻辑就显得特别重要，其不但可以优化能量流动，而且能够在很大程度上改善SHEV的动力性、燃油经济性、排放性以及续驶里程。
串联式HEV控制策略按性质可分为被动性和主动型两大类，被动型能量管理策略是在保证蓄电池和发动机各自工作于其最佳工作区域的条件下被动地满足车辆功率需求的一种控制模式，这种控制模式以提高能量流动效率为主要目的。而主动型能量管理策略在注重提高汽车系统内部能量流动效率的同时，可根据行车环境主动减小车辆功率需求。
2.1被动能且管理策略
(l)恒温器型(开关型)控制策略恒温器型(Thermostat)控制策略特征为:发动机开机后即恒定地工作于效率最高点，为使蓄电池组工作于充放电性能良好的工作区，预先设定了其充电状态SOC的最大值SOCmax、与最小值SOCmin。当蓄电池SOC≤SOCmin时，发动机启动并进入设定的工作点(最低油耗或最低排放)工作，输出功率的一部分满足车辆驱动功率需求，另一部分功率向蓄电池充电。而当蓄电池SOC≥SOCmax:时，发动机关闭，由蓄电池单独向电机供电驱动车辆。
恒温器型控制策略的优点是发动机的燃烧充分，排放低。缺点是动力蓄电池必须满足驱动电机瞬时功率的需要，其放电电流波动较大，经常出现大电流放电的情况，且蓄电池充放电频繁，对蓄电池使用寿命均有不利影响。其次，虽然APU可以在最优效率点工作，但由于多了能量转换的环节，加上发动机开关时的动态损耗，因而有可能抵消由发动机运行时工作效率最高所带来的好处，使得系统总体的损失功率变大，能量转换效率趋低。这种能量管理策略对发动机有利而对动力电池无利。
(2)功率跟随型控制策略功率跟随型(Power-Follower)控制策略由APU全程跟踪车辆功率需求，发动机总保持运转，这与传统汽车的行驶相似。
功率跟随型能量管理策略的优点是蓄电池容量被减小到最小程度，因而蓄电池重量相对恒温器型策略来说减轻了许多，从而在很大程度上减小了汽车行驶阻力，此外由于蓄电池充放电次数减少而使得系统内部功率损失相应减少。缺点是APU必须满足续驶里程内的所有功率要求且要做出快速响应，发动机必须在从低到高的整个负荷区范围内运行，这些都损害了发动机的效率和排放性能(尤其在低负荷区)。因此，该控制策略对蓄电池有利而对发动机不利。
(3)恒温器十功率跟随型控制策略恒温器十功率跟随型控制策略基本思路为:当发动机在SOC较低或负载功率较大时均会启动，当负载功率较小且SOC高于预设的上限值时，发动机被关闭，在发动机关停之间设定了一定范围的状态保持区域，这样可以避免频繁关停。发动机一旦启动便在相对经济的区域内对电动机的负载功率进行跟踪，当负载功率大于或小于发动机经济区域所能输出的功率时，电池组可以通过充放电对该功率差额进行缓冲和补偿。例如，当汽车加速或爬坡时，为了满足车轮驱动功率要求，降低对蓄电池峰值功率要求，延长其工作寿命，可采用功率跟随模式，当汽车车率要求较低时，为了避免发动机低效率工况的发生，可以采用恒温器模式，以提高整车系统的效率。恒温器+功率跟随型控制策略可以减少电能的循环损耗，避免蓄电池大电流放电和发动机的频繁启动，降低了油耗，提高了排放性能。
2.2主动型能且管理策略
(l)路线适应型控制策略
路线适应型控制策略基于城市公交车加减速频繁、路线固定，站点、站距、停车时间均己知的特点，在恒温器型或功率跟随器型控制策略的基础上增加两个子控制策略:一个叫Adviser子控制策略，另一个叫Adapter子控制策略。Advise:根据行车路线数据(整个路线速度曲线、站点位置、实际车速等)帮助驾驶员发出当前工况下的最佳加速踏板请求;Adapter仅根据车辆停靠站点信息控制车辆进站前的速度，以使再生制动能量回收增加。路线适应性控制策略挖掘了混合动力车在城市公交中使用的潜力，但没考虑交通干扰、意外停车等因素。路线适应型控制策略特别适合城市公交车。
(2)动态规划优化控制策略
动态规划优化控制策略以汽车在给定的驾驶循环工况下最小油耗为优化目标，根据串联式HEV的能量流动特点建立适当的数学模型，按照时间顺序把整个循环工况下的功率与效率以一定的时间间隔分成若干个时间片段，然后从最后一段状态开始逆向递推到初始段状态为止，最后求出整个循环工况下发动机最优输出功率序列。该方法只能用于特定的驾驶循环，必须预先精确知道车辆的需求功率，因而不能用于在线控制，常用于离线优化，以帮助总结和提炼出能用于在线控制的能量管理策略。
(3)负荷预测型控制策略
负荷预测型控制策略基于APU输出功率要比车辆驱动功率随时间变化平稳得多这一事实，在恒温器型或功率跟随型策略的基础上添加一个车辆负荷预测器。预测器根据车辆运行工况预测车辆需要的驱动功率，通过车辆已耗功率的记录测算出驱动功率的一些平均值和它的波动范围，再利用路面坡度、交通情况等信息，来预测出车辆下一个时刻的负荷。利用该预测值、蓄电池的SOC状态决定采用哪一种工作模式。
负荷预测性控制策略的最大特征是:提供了一种根据在线所预测的驱动功率参与系统能量管理。达到油耗最低、排放最低的目的，可操作性强。缺点是所预测的驱动功率由于是由已耗功率推测得出
的，与车辆功率的即时需求值有差异。
2.3串联式HEV能最管理策略的发展趋势
由于恒温器+功率跟随型控制方式更有利避免电池大电流放电和发动机的频繁启动，降低油耗提高排放性能，因此较为常用，其技术也逐渐趋于成熟。
被动性能量管理策略在深化控制规则的基础上将向着与多种优化算法和理论相结合的精细控制方向发展，以进一步减小车内系统能量内耗、提高能量流动效率为主要目的。
而主动型能量管理向着以人、车、路组成的大系统内的能量综合控制的方向发展，以减少整个大系统的能量损耗为目的。其研究的最大困难在于需预先确定车辆的行驶路线、路面状况与交通信号等情况，目前尚处于仿真与试验阶段。
能量管理策略范文第2篇
【关键词】混合动力汽车控制策略
前言
为了解决汽车所带来的C02排放问题以及油价攀升问题，全球汽车公司纷纷转向混合动力和电动系列汽车的研究和开发。与传统能源动力汽车相比，混合动力汽车在环保和节能等方面表现出明显的优势；与电动汽车相比，混合动力汽车的生产成本较低。因此，混合动力汽车异军突起，成为新一代汽车的研究开发的热点。
1.混合动力汽车结构及其特点
近些年来，由于蓄电池技术的发展，由发电机和电动机组成的混合动力系统已经发展出串联式、并联式和混联式这三种组成方式。它们因为有着不同的组合形式而各自有各自的优缺点，串联和并联是以前就有的传统的HEV动力系统组成方式，而混联式是后来发展起来的，它的特点是有更多的工作模式可供选择，既具有串联式混合动力电动汽车的特征。又具有并联式混合动力电动汽车的特征。
1.1串联式混合动力汽车(SHEV)
串联式混合动力电动汽车的驱动系统是由发动机、发电机和驱动电动机依次串联组成的。SHEV通过发动机起动，然后发电机组将机械能转化为电能，用来驱动电动机或者给电池组充电，这样可以延长串联式混合动力动汽车的行驶里程。串联式混合动力汽车发动机的转速控制在一定的范围之内，运行工况对它没有任何影响，所以SHEV能够保证它的运转状态在任何时候都是高效率的，同时能量消耗和排放也非常低。串联式混合动力汽车主要有一种电动机驱动模式，所以它的控制系统和驱动系统都非常简单，三大动力总能够很自由地在底盘上布置，它的动力特性跟纯电动汽车的更接近。SHEV三大动力总功率要求与它的最大驱动功率相近。
串联式结构适用于频繁起步和低速行驶工况，可以将发动机调整在最佳工况点附近稳定运转。通过调整电池和电动机的输出来调整车速的目的。使发动机避免怠速和低速运转的工况，从而提高发动机的效率，减少废气排放。缺点是能量几经转换，机械效率较低。故主要应用于大型客车。
1.2并联式混合动力汽车(PHEV)
并联式混合动力汽车是由发动机、电动发电机或驱动电动机两大动力总成组成。PHEV的驱动系统由它们并联组成。此时电动汽车可由发动机或电动机单独驱动，也可以由它们共同驱动。所以，可以降低对电机、发动机功率的要求，而且电池的容量也可以适当的减小一点，从而降低制造汽车的成本。在PHEV中，没有像串联式混合动力汽车那样在能量转化中的损失，而是采用高效率的机械传动系统，由发动机直接带动PHEV的驱动系统驱动PHEV行驶，发动机始终稳定地运转在低油耗、高效率和低排放的转速范围内。并联式混合动力汽车的驱动装置是发动机和电动机，由于PHEV的结构特点，它有三种驱动模式，分别是由发动机单独驱动、由电动机单独驱动和发动机与电动机联合驱动。但是一般情况下，PHEV主要由发动机单独驱动，在这种驱动模式下它的动力特性跟内燃机汽车更接近。由于两大动力总成是并联的，功率可以叠加起来，发动机和电动机也不需要像串联式那样采用大功率的。只要是并联式混合动力电动汽车最大驱动功率的1／2到1之间。
并联式结构最适合在城市间公路和高速公路上稳定行驶的工况。由于并联式驱动系统受汽车行驶工况点影响，因此不适合汽车行驶工况较多，较大；相比于串联结构式，需要变速装置和动力复合装置，传动结构复杂。由于它的尺寸比较小，主要在中小型汽车上应用。
1.3混联式混合动力汽车(PSHEV)
PSHEV既具有串联式混合动力汽车的结构形式与功能特性，又具有并联式混合动力汽车的结构形式与功能特性。混联式混合电动车的动力总成系统包括发动机、电动／发电机以及驱动电动机。PSHEV的动力驱动系统在车辆的行驶速度比较低时运行状态与SHEV相似；PSHEV的动力驱动系统在车辆的行驶速度比较高时运行状态则与PHEV相似。当混联式混合动力汽车起动时。发动机发动产生驱动转矩，其中有一些由传动装置传送给汽车车轮，而剩下的就用来给发电机发电。这些电能用来驱动电动机产生驱动转矩用来驱动车轮或者给蓄电池充电。
混联式混合动力汽车的驱动系统具有SHEV和PHEV的驱动系统的优点，所以它能够在不同的路况下选择不同的工作模式，实现低油耗和低排放的控制目的。混联式混合动力电动汽车的结构特点。三大动力总成各自的功率均能够取混联式混合电动车最大驱动功率的1／3到1之间，而且能够接近甚至超过传统内燃机汽车的动力性能水平，但是对发动机电动机的技术要求较高，对蓄电池技术要求较高。
2.混合动力汽车控制策略研究
为了达到使HEV获得诸如车辆尾气排放量小、燃油经济性好、车辆动力驱动性好以及系统造价低等性能，本文研究了几种控制策略。依据这些控制策略的性质将其分成两大类，被动型能量控制策略和主动型能量控制策略。在确保发动机和电池始终在它们的最佳工作区范围内运行的条件下，被动型能量控制策略的控制方法是被动地满足保证汽车正常行驶的功率需求。被动型能量控制策略的核心目标是尽量提高车辆在行驶过程中能量在整车流动时的利用率，主要有基本规则型控制策略、功率跟随型控制策略、开关型控制策略。在提高系统内部能量流动效率的同时，主动型能量控制策略根据行驶环境的差异，主动扩大再生制动能量、调整车辆功率需求的控制模式，主动型能量控制策略包括负荷预测型控制策略、路线适应型控制策略、动态规划法能量优化控制策略。
2.1被动型控制策略
(1)基本规则型控制
基本规则型控制策略设定电池荷电状态SOC在什么范围内能够提高电池的工作效率是由电池的充放电特性来决定的，设定发动机工作的高效率区是由它的负荷特性图来确定的。这种控制策略的优点是它既具有功率跟随型控制策略的特点，同时又兼具开关型控制策略的好处。需要预报车辆需求功率是它唯一的缺点。
(2)功率跟随型控制
发动机在功率跟随型控制策略中始终保持对运行中的车辆提供行驶所需驱动功率，并且仅仅当电池的荷电状态SOC≥SOC的时候，而电池提供的功率己经完全足够驱动混合电动车工作，只有此时才让发动机怠速运行或发动机关闭。功率跟随型控制策略的优点是，电池质量较小，蓄电池组的容量被降低到了最小程度，因此汽车行驶所受的阻力也在一定程度上减小。除此以外，系统内耗也因为电池充放电次数的降低而降低。功率跟随型控制的缺点是它的排放以及发动机的工作效率没有开关型控制下的好，这是因为在这种控制策略下必须保证发动机工作在一定的范围内。
(3)开关型控制
发动机一旦开始工作了以后就被控制始终工作在高效率区是开关型控制策略的主要特点。设定电池的荷电状态SOC的最小值
SOC和最大值SOC是为了达到使电池始终在充放电性能比较好的区域内工作这个目的。开关型控制的控制逻辑主要有以下三点：
1.电池的荷电状态SOC≥SOC此时由电池单独向电动机供电，而发动机关闭，不在工作状态下。
2.电池的荷电状态SOC≤SOC≤SOC此时发电机在高效率区运转，通过电池和电机来调节它的行驶需求以及输出功率的盈亏。
3.电池的荷电状态SOC≤SOC此时发动机工作于设定的工作区(低排放或者低油耗)，一部分输出功率向电池充电，另一部分提供车辆行驶所用。
发动机的排放较低是开关型控制策略的优点，但是这种控制策略也有缺点，电池需要频繁地进行充放电，另外还有发动机的开和关切换时的动态损耗功率，就会降低系统的能量转换效率，加大系统总体的损失功率，所以发动机运行在高效率区所带来的好处也许会在一定程度上被这些缺点所抵消。
2.2主动型能量控制
(1)负荷预测型控制策略
在基本控制策略(功率跟随型或开关型控制策略)的基础上，负荷预测型控制策略增加了一个车辆负荷预测器。负荷预测型控制策略基于车辆驱动功率随时间变化没有发动机发电机输出功率平稳的事实。根据HEV在行驶过程中所使用的驱动功率的历史值来预测出它的平均值以及变化范围，然后根据行驶路况以及所在道路的坡度变化等相关信息，预测出HEV接下来所要承受的负荷情况。负荷预测型控制策略跟其他控制方法相比一个最大的好处是通过在线预测得到一个车辆正常行驶所需动力驱动功率，然后依据这个得到的车辆行驶所需功率来协助管理系统能量。这种控制策略的实际操作性强，可以满足最小化车辆尾气排放量以及燃油经济性最佳；但是这种控制策略也是有缺点，它所预测的驱动功率与车辆功率的即时需求值有差距，因为驱动功率是由已耗功率推测得出。
(2)路线适应型控制策略
因为在每个城市中，各个公交车的行走线路都是一成不变的，而且在市中心的道路状况下，车辆必须频繁地加减速甚至停车，每个公交站点都是确定的，并且它们之间的距离也是己知的，路线适应型控制策略在SHEV的基本控制策略(功率跟随型或开关型控制策略)基础上另外添加两个控制子策略：Adapter子控制策略和Adviser子控制策略。为了提高车辆制动时的能量回收率，Adapter对公交车到达站点之前的速度大小进行控制，这是通过已知的公交车站点信息来实现的：根据各个公交站点的具置情况、车辆在整个线路的行驶过程中各路段应分别采用何种速度以及车辆的实际运行速度等行车线路数据，Adviser能够协助驾驶员准确判断在当前路况下应提交多大的最佳加速踏板请求。
(3)动态规划法能量优化控制策略
这种控制策略根据SHEV功率流动特点来建立合适的数学模型。优化目标是使混合动力汽车在已知的行驶工况下燃油经济性最佳。它将整个行驶工况下的效率以及整车功率按照某一个合理的时间间隔依据先后顺序将整个时间分为若干个片断，根据时间的倒序由末状态逆向递推直至初始状态，然后计算出发动机在整个行驶工况下的最佳输出功率序列。此种方法只可以用于必须预先精确知道车辆的需求功率的特定驾驶循环，常用于离线优化，而不能用于在线控制。
本文对现有具有不同联接形式的混合动力汽车结构进行分析，从控制策略性质出发提出拟解决方案，拟在为进一步优化控制策略提供依据，从而大力发展混合动力汽车，以便针对目前我国在汽车领域存在的技术相对落后的现状。更好的解决传统发动机汽车长期存在的燃油经济性低、城市环境污染严重等问题。
参考文献：
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能量管理策略范文第3篇
[关键词]暖通空调；系统优化；能量管理；发展趋势
中图分类号：TU831.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）45-0106-01
1、国内暖通空调系统优化控制与能量管理现状
1.1 系统优化控制
在系统设定点优化控制方面，罗启军等人通过动态优化技术，在某一具体期间内，绘制出了峰值能耗或运行成本最小的房间温度曲线，并通过计算得出了暖通空调设备的最佳开/关时间。S.W.Wang基于整个系统环境的预测响应及能量运行，采用自适应性控制理论优化控制某海水冷却空调系统，提出优化多个设定点达到降低系统能耗和改善系统响应时间的目的，
在整个空调系统的控制方面，更多的学者根据暖通空调系统中每个设备的非线性特性，更加注重人工神经网络的应用；此外，部分研究者们在暖通空调的优化控制应用先进的智能优化方法和建模方法，注重变工况点的在线优化控制，取得了显著效果。
总之，国内对于暖通空调系统优化控制的研究还处的初级阶段，相比实践成果，仿真研究较多。
1.2 能量管理
江亿等人通过启/停中央控制管理机器，实现了参数设定值的修改；曹秋声充分应用变频技术，结合模糊控制和最优控制方法，研制出了具有负荷随动跟踪特性的专用管理系统软件；翁史俊根据冷水机组的冷水供回水温度和温差等基本信息，通过控制现场智能操作台，实现对风机、水泵和制冷热泵机组的联锁、逻辑、顺序启停和节能控制，并得出了暖通空调系统运行的最佳的设备数量和组合方式；晋欣桥根据ASHRAE通风标准对新风量的要求，在分析研究多区域变风量空调及其控制系统的基础上，通过仿真分析的方法，得出了VAV末端再热控制并结合AHU送风温度优化的控制方案是最佳的方案，不仅有效降低系统的能耗，而且解决了多区域VAV空调系统的新风分配问题。
总之，随着计算机的全面普及，暖通空调系统的和管理设备逐步取代常规仪表，并在系统能量管理方面主要体现在工作时序优化、设备组合优化以及各种能量指标的考核、计量和统计方面。
2 国外暖通空调系统优化控制与能量管理现状
2.1 系统优化控制
L.L u等人通过对空调主要设备进行数学建模，进行全局最优控制取得了一定的成绩。但由于未能考虑水温是分布参数以及每个设备是一致的假设致使结论存在缺陷；N.Nassif等人在温度优化设定中应用多目标遗传算法，获得了令人舒适的温度和最佳的能量利用效率，并采用双对象进化算法，优化了暖通空调预测控制策略的设定点，节能效果提升了19.5 %；W.J.Cai基于能量平衡和换热原理，建立了一种简单精确的空气处理单元工程模型，通过最小二乘法和非线性规划测算出了模型的三个参数，但这种方法是在整个工作范围内和实际性能更加匹配的情况下进行的，具有很强的鲁棒性；Q.Song等人结合定位比例控制算法的优势，应用鲁棒神经网络算法，有效满足了参数不断变化以及空调系统中负荷扰动范围大的特点，但缺点是鲁棒性较强。
此外，暖通空调系统中单个或多个局部子系统控制的设定点问题一直是研究的难点和焦点问题，国外一些研究者通过应用二次函数和模型进行优化方法研究。
2.2 能量管理
J.B.Rishel在变热量和变冷量负荷的冷热水系统中，应用先进的变频泵和数字控制，减少了热水和冷水分配系统对设备的需求；F.Engdahl等人研究出了最优的供风温度，相比恒定供风温度运行方式，减少了暖通空调系统的能量消耗；S.C.Sekhar等人对室内空气质量和湿度在舒适度条件下设定期望值，提出了一种新的空调空气质量和能量消耗的控制方法，但是，该种方法未能考虑在不同条件下同种空调系统的整体能量优化效果；J.Xu等人应用神经网络、拉格朗日松弛法、动态规划等方法，得出了暖通空调系统的日常能量管理公式。并通过控制暖通空调每个单元的能量消耗，最大限度地降低整个系统的能耗；M.Zaheeruddin从暖通空调系统时间调度操作方面提出优化控制策略，即在给定的空气状态情况下，考虑夜间启停、应用模式和能量核算等建筑物的运行调度，计算出了区域质量流量的最优值、供水温度值和供风温度。
3、暖通空调优化控制技术发展方向
3.1 单元控制器方面
当前暖通空调控制系统的基础控制单元器是设备顺序、逻辑控制开关量和传统PID为控制策略的回路控制，CPU主要采用8位单片机。随着智能控制理论的不断发展和嵌入式系统的成熟，在多工况、变负荷等条件下，实现控制对象能够逐步学习、每个环节自适应的单元控制器必然成为暖通空调优化控制技术发展方向。
3.2 管理功能方面
监控功能是暖通空调系统管理的主要功能，具体表现为对基础控制单元的信息进行集中报告、管理、报警、状态监测等，随着能量消耗最小化的基本要求，如何在现有基础功能是增加能量管理功能，实时监测暖通空调每个环节末端用户能量使用情况必然成为研究的重点。
3.3 每个设备最佳参数值设定方面
以定工作点的方式实现每个设备的温度、压力、流量等参数的控制是当前暖通空调系统的主要方式，在某一条件下每个设备都具有最佳的设定点。但是，在整个暖通空调系统中，如何在各个负荷下，设定每个设备最佳参数值仍然是系统优化控制研究的一个重要方面。
3.4 网络技术方面
随着企业信息化程度的不断提高，系统的设备运行和能量管理信息也将纳入到以Intranet和Internet构成的企业信息管理系统中。由于当前暖通空调控制系统在开发环境、技术标准以及控制协议等方面各不相同，因此，在不同的计算机系统中如何实现信息的交换和数据的共享，是暖通空调能量管理与优化控制的又一个发展方向。
参考文献
[1]何世达.试论暖通空调系统节能设计[J].江西建材，2015（04）.
能量管理策略范文第4篇
关键词：机电系统；综合；控制技术
机电系统综合控制技术的实践性强，发展速度非常快，常用机、机电等行业中，提供综合的控制手段，机电系统中，各项功能都是独立的，运用综合控制技术，才能实现各项技术的相互融合，促使机电系统综合控制成为统一的整体，逐步提高机电系统综合控制的性能，体现此项技术的可靠性及科学性。
1 机电综合控制系统分析
机电综合控制系统，是指将被控对象的机电系统连接起来，特别是在功能、物理量以及能量方面，实现了综合化的运行，把服务对象中的所有机电控制项目，综合的融入到控制系y内，保障机电综合控制系统的最优化。机电综合控制系统技术，是机电行业重点发展的项目，根据机电系统的实际情况，积极整合综合的功能，以此来提高机电综合控制系统的服务性能，简化操作模式。
2 机电综合控制系统仿真
机电综合控制技术内，仿真操作是一项核心的项目，需在仿真的平台下，研究机电综合控制系统的具体应用。机电综合控制系统仿真时，采用分布式、多任务的环境，以纯数字路径为主，其可根据服务对象，提前实行机电综合控制系统的仿真研究。本文以飞机的机电综合控制系统为研究案例，探讨仿真的相关内容。
首先根据飞机案例中，对机电综合控制系统的需求，利用互联的计算机系统以及相关的操作设备，布置仿真的试验环境，将机电综合控制系统内，连接仿真模块以及飞机的座舱显示模块，构成开发平台，在以太网环境中，提供实时仿真系统以及实时仿真网，两者相连后，模拟机电综合控制系统在飞机中的应用，还可以实行多个习俗的综合仿真，得出最终的方案结论。
然后是机电综合控制技术在上位机开发平台中的仿真，综合利用计算机管理的方法，仿真模拟飞机的座舱显示模块，提供实时仿真系统，在网络环境下，连接计算机，直接模拟实时的活动，利用计算机，在仿真环境中，为机电综合控制技术提供图形化的操作界面，完成实时和非实时状态下的数据交换，确定上位机的工作方式。
最后飞机案例，根据仿真研究，配置真实的机电设备，所有的机电设备，都要支持物理仿真试验，以此来确保机电设备的可靠性，而且机电设备要经过仿真研究后，才能应用到飞机实践中，以免影响飞机运营的效果及安全性。
3 机电综合控制系统技术
3.1 系统结构
机电综合控制系统的结构中，包含多个子控制系统，各个子系统之间，相互配合，经过协调后应用到机电的综合控制系统内。机电综合控制系统结构实现了传统，提供了动力与经济的指标[1]。例如：双模式机电复合综合控制系统结构，在多能源条件下，设计能量管理和子系统控制，进而运用综合控制器，协调系统中各个部分的工作，保障机电综合控制系统技术达到平稳的运行状态，而且能够灵活的切换综合控制系统中的机电供，简化了系统工作的流程，双模式机电复合综合控制系统，为了降低系统的困难度，明确了传动系统的逻辑方式，提高了机电系统的运行效率。机电综合控制系统在功能结构上，可以分为3个部分，分别是：（1）系统层，其可执行系统结构中的机电综合控制策略，按照系统的需求，分配好所需的功率，同时在瞬态的状态下，控制机电目标，满足功率上的需求；（2）中间层，按照系统结构的信息要求，制定相应的控制目标，转化不同系统模块的功率，分配好功率后，才能保障各模块功率的稳定性；（3）部件层，系统结构根据机电综合控制的逻辑关系，构建稳态控制目标，瞬时控制目标的行为，而且将各项控制信息，准确的发送给不同的部件。
3.2 综合控制模式
机电综合控制系统技术的模式，需要准确的分析运行方案和特性，进而确定出具体的机电工作模式[2]。机电综合控制的模式，可以分为五类，分别是：纯电驱动、发动机驱动、EVT1模式、EVT2模式、制动能量回收。本文以上文中的双模式机电复合传动系统的工作模式为研究对象，坍台机电综合制动中5类模式的应用。分析如：（1）纯电驱动，发动机停止，电机A停止，电机B电动，CL0分离，CL11分离，B1接合；（2）发动机启动，发动机停止/工作，电机A停止/电动，电机B电动，CL0接合，CL11分离，B1接合；（3）EVT1模式，发动机工作，电机A发动，电机B电动，CL0接合，CL11分离，B1接合；（4）EVT2模式，发动机工作，电机A电动，电机B发电，CL0接合，CL11接合，B1分离；（5）制动能量回收，发动机停止，电机A发电，电机B发电，CL0接合，CL11接合/分离，B1分离/接合。
3.3 能量管理策略
机电综合控制系统在运行中，需要能量管理的支持，调整好系统中的各个部件[3]。例如：机电综合控制系统在汽车案例中，能量管理策略用于调整最佳的燃油经济区，维持电池组的荷电状态，促使燃油的参数、条件，能够保持在规范的状态。能量管理策略在机电综合控制系统中，具体的流程为驱动功率计算电池组需求功率计算发动机需求功率计算发动机工作点确定电机A/B，保障汽车在运行过程中，系统的功率需求能够响应加速、减速或制动的指令，一般情况下，汽车可采用混合驱动的方式，按照功率中电池、发动机的需求，确定功率的运行模式，保障电池电量的平衡状态，进而完善汽车机电系统综合控制的环境。
3.4 机电模式切换
机电综合控制系统技术参与运行时，需要完成机电模式的切换，保障机电工况的准确性[4]。综合控制系统在执行切换模式时，需考虑到系统运行的效率、工作模式等，由此才能确定出所需要的切换模式，一方面保证机电模式切换的准确性，另一方面提高机电综合控制系统的工作效率，避免引起机电错误的问题。模式切换的过程中，要根据状态转换的指令进行，不能随意更改机电综合控制系统的模式运行，以免对机电系统造成不同程度的破坏。机电系统综合控制的模式切换时，也要注重调速算法的应用，维护各个元件的可靠性。
4 结束语
机电综合控制系统技术的优势明显，经过系统分析、仿真和技术的应用，满足机电综合控制系统的需求，避免引起安全性能问题，以此来发挥机电综合控制系统技术的合理性，促使机电综合控制系统能够达到规范、可靠的标准，满足行业的基础需求，保障机电综合控制系统的技术性能。
参考文献
[1]何成东.民机机电系统综合控制技术研究[D].南京航空航天大学，2010.
[2]黄晖，张磊，邵惠明.一种机电综合控制技术仿真平台原理方案[J].科技信息，2012，29：43-44.
能量管理策略范文第5篇
关键词:太阳能电池-蓄电池;混合动力;能量分配;SOC;仿真分析
中图分类号:U463文献标识码:A文章编号:1009-2374(2009)10-0136-02
在人类为汽车寻求动力的历程中,发现太阳能作为新型能源的优势。太阳能汽车采用太阳能电池阵列收集太阳能并转化为电能,提供汽车行使所需的能源。但单纯用太阳能也有很多限制条件,比如阳光不足、夜间行使等。而采用太阳能电池―蓄电池组合作为汽车发展的主流方向,在太阳能汽车中配有蓄电池,以储藏多余的能量,备阳光不足时使用。
一、太阳能电池-蓄电池混合动力电动汽车结构
太阳能电池-蓄电池双能源混合动力电动车结构及驱动模式如图1所示,它表示了电动机、蓄电池及太阳能电池之间的功率输入输出关系。
其中,P1表示太阳能电池输出给电机的功率,它只能单向传递给驱动系统。P2表示太阳能电池输出给蓄电池的功率,它只能单向传递给蓄电池。P3表示电动机的输入/输出功率,它是双向的,当向汽车传动系传递时为正值,当再生制动情况下驱动电动机当作发电机使用时向蓄电池充电,为负值。P4表示蓄电池的充放电功率,它也是双向的,当向功率总线放电,并与太阳能电池组发出的功率一起对驱动电动机进行放电时为正值,充电时为负值。
二、双能源电动汽车能量控制策略
太阳能电池-蓄电池双能源电动汽车中能量管理策略的中心在于实时合理地分配太阳能电池和蓄电池的功率输出,提高汽车动力系统的效率。即:P3=P1+P4,其中P3的值由汽车驱动功率决定,工况一定时为定值。P4和P1之间的分配是双能源电动汽车能量系统控制策略研究的主要内容。目前关于二者值分配的控制策略主要有功率跟随式和开关式两种。采用功率跟随控制模式对太阳能电池-蓄电池双能源电动汽车进行能量控制策略研究。
(一)纯蓄电池驱动模式
当蓄电池的SOC大于cs_hi_soc(即电池充电量的高状态设定值)时,有蓄电池来单独驱动汽车,直到电池的SOC小于cs_lo_soc(即电池充电量的低状态设定值)为止,此时根据功率跟随式的控制策略决定太阳能电池停止给电机传递功率,开始向蓄电池充电。此工作模式下功率流向如图1(a)所示,且有:P1=0;P3=P5/η1・η2;P4=P3。
式中:P5――汽车行驶负载功率;η1――机械传动系的传动效率;η2――电动机及控制器效率。
(二)纯太阳能电池驱动模式
当蓄电池组SOC低于期望值时,控制太阳能电池输出功率不仅要求满足路面功率,同时要对蓄电池充电,使蓄电池的电量回到期望值。对蓄电池进行补充充电功率的大小由当前SOC值与期望值大小决定,此工作模式下功率流向如图1(b)所示。即:
P3=P5/η1・η2;P2=-β(SOC*-SOC)=β(SOCCSOC*);P1=P3;P4=0
cs_pwr_min
式中:β――表示充/放电功率系数;SOC*――表示电池期望荷电量状态;cs_pwr_min,cs_pwr_max表示太阳能电池工作区间。
(三)混合驱动模式
当电池组SOC高于期望值时,为了使蓄电池的电量始终在理想值附近,蓄电池对外放电,不足功率由太阳能电池输出,并且要落在太阳能电池有效工作范围之内。此时功率流向如图1(c)所示,即:P3=P5/η1・η2;P4=β(SOC-SOC*);P1=P3-P4;P2=0。
其中:cs_pwr_min
(四)再生制动模式
当汽车减速或下坡行驶时,太阳能电池停止对电动机传递功率,开始对蓄电池充电。同时电动机工作于再生制动状态,功率流向如图1(d)所示,即:
P1=0;P3=αP5/η1・η2;P4=-P3。
式中:P3――电动机工作于发电状态时输出的功率;α――车辆再生制动百分比。
三、功率跟随模式能量控制策略在ADUISOR中的仿真分析
ADVISOR2002是由美国可再生能源实验室开发的混合动力电动汽车仿真软件,可以用它进行纯电动汽车、混合动力电动汽车和传统内燃机汽车动力性、经济性等特性的仿真分析。
功率跟随模式在ADVISOR中的实现是根据路面需求功率的输入,确定太阳能电池是否应该工作;功率跟随模式在ADVISOR中的实现包括控制太阳能电池开/关模块、均衡功率模块、确定太阳能电池工作点模块等,仿真模块的结构如图2所示。电动汽车的相关参数见表1。按实验要求,循环路程总长10.93km,用时1225s,汽车最高速度为120km/h。根据整车车速随时间的变化曲线,该电动汽车从0～96.6km/h的加速时间14.5s,从64.4～96.6km/h加速时间7.1s,最高车速134.9km/h,以30km/h车速的爬坡度为41.3%。而原Focus电动汽车在ADVISOR中的仿真结果为:从0～96.6km/h的加速时间20.5s,从64.4～96.6km/h的加速时间11.5s,最高车速134.1km/h,以30km/h的车速爬坡度为28.6%。
蓄电池的荷电状态、蓄电池的输出功率、太阳能电池的输出功率随时间的变化曲线,可以看出,蓄电池的初始荷电状态为0.7,在汽车启动时刻,荷电状态降低,以提供汽车启动所需的功率。随后按照功率跟随模式的控制策略,太阳能电池的剩余功率给蓄电池充电以保持蓄电池荷电状态在某一范围之内,以延长蓄电池的使用寿命;当汽车以某一较高车速继续加速时,则蓄电池开始放电(大约在950s开始)。电动机的功率输出曲线中,负值表示电动机在进行再生制动给蓄电池充电。
通过仿真可知,该车的最高速为134.9km/h,比设计时的140km/h小了5.1km/h,误差为3.6%,可以接受。而以30km/h的车速爬破度为41.3%,比设计时的30%要高出11.3%,说明蓄电池的数量选择的较大,这是因为蓄电池的功率较高,对电动汽车的爬破性能有利。
四、结语
1.太阳能电池/蓄电池混合动力电动汽车动力源之间的能量控制策略是混合动力电动汽车研究中的关键问题,其核心问题是功率分配策略的要求。
2.通过仿真表明所建立的模型是正确的,完全满足该动力系统功率分配的要求。
3.采用功率跟随模式控制策略能使蓄电池SOC和太阳能电池始终处于一个最佳工作状态,并可以延长其使用寿命。
参考文献
[1]曹之明.燃料电池/蓄电池双能源电动汽车动力匹配的研究[D].重庆:重庆大学,2004.
[2]陈全世,仇斌,谢起成.燃料电池电动汽车[M].北京:清华大学出版社,2005.
[3]朱元,韩晓东.电动汽车动力电池SOS预测技术研究[J].电源技术,2000.
能量管理策略范文第6篇
关键词：积极心理学；大学生；情绪管理；策略
目前国内外关于积极心理学的研究，主要有三大研究内容：积极情绪和体验、积极人格特质以及积极组织系统的研究。其中，积极情绪和体验是积极心理学研究中的重要组成部分，并且是心理学研究的核心内容。健康情绪作为人类情绪中很有适应意义的一类情绪，心理健康的重要组成部分，在激发人类生命活力，改变不合理认知，化消极情绪为积极情绪，调整心态，促进身心健康具有广泛的功能与意义。当今高校大学生由于情绪管理问题而导致的身心受到伤害，成长成才中的阻碍等相关问题的不断发生，是摆在当今高校如何有效开展大学生心理健康教育过程中的关键问题。积极探索，深入研究解决高校大学生情绪管理问题的有效方法策略，充分发挥积极情绪管理在解决大学生情绪问题中的指导作用，不仅是适应当前高校做好心理健康教育工作的客观要求，更是满足提高大学身身心健康，促进大学生成长成才的现实需要。
一、发挥积极心理学功能作用，提高高校心理健康教育教学工作的针对性和实效性
随着积极心理学的不断兴起，积极心理学的研究领域和研究视角不断拓展延伸，积极心理学的研究重点也从以往对消极情绪、对人类的疾病和弱点的对比分析中转向更加关注人的健康情绪体验，关注人对社会的积极态度，关注人类的优秀品质培养与美好心灵的挖掘。
1.积极情绪作为大学生心理健康的具体表现，在大学生成长成才过程中的地位和作用。针对高校大学生心理健康教育中存在的问题和不足，以及由于缺乏情绪管理教育指导而导致大学生中出现的人格问题、道德问题、情感问题、生活问题、就业问题等严重影响大学生的身心健康和成长成才现象的不断频发，积极开展以积极心理学视角下的大学生积极情绪管理的策略研究，可以进一步发挥积极心理学引领下的大学生情绪管理教育促进高校大学生健康成长的重要作用。通过探寻解决高校大学生心理健康问题的新方法、新途径，更好地发挥积极情绪管理在解决大学生情绪问题中的主导作用，科学利用积极情绪会汇聚的正能量效用，助推大学生心理健康教育有效开展，更好地发挥大学生情绪管理教育的引领、指导、激励和升华的心理功能作用，充分体现高校大学生情绪管理教育工作的针对性和实效性。
2.积极心理学的研究的价值在于充分发挥积极心理学在促进大学生为引领，以大学生情绪管理中存在的问题为依托，以积极情绪汇聚的正能量为载体，以有效发挥积极心理学重要的功能作用为目标，从积极心理学的角度审视大学生心理健康教育是高校心理健康教育健康发展的必然要求。积极心理学的价值取向赋予心理健康教育新内容和制高点。大学生心理健康教育的目标应该是预防和矫正心理问题和关注发展和幸福并存，因此，必须把积极心理学融入到心理健康教育，建立科学有效地心理健康模式，科学利用积极情绪会汇聚的正能量效用，助推大学生心理健康教育有效开展，更好地实现高校大学生情绪管理教育的引领、指导、激励和升华的心理功能作用，对于进一步提高高校大学生心理健康教育的针对性和有效性，激发大学生学习潜能，促进大学生身心健康，成长成才具有现实而深远的意义。
二、明确目标任务，激发大学生学习潜能，促进大学生健康成长
积极心理学的取向赋予心理健康教育新内容和更高目标。从积极心理学的视角研究大学生情绪管理问题，其目的就是为心理健康教育注入积极因素。
1.发挥积极情绪管理汇聚正能量的积极作用，为心理健康教育注入积极心理学因素。积极心理学的价值取向赋予心理健康教育新内容和更高目标；积极情绪管理对于心理健康教育模式提出了新要求。为高校有效开展心理健康教育教学工作明确而目标任务。它以全新的视角改变了以往心理健康教育关注的重点，将关注心理问题消极方面产生的不良影响，转向关心大学生优秀品质和美好心灵的塑造，关注大学生的积极认知加工、积极的情绪体验和积极的社会行为，并将如何培养积极健康的快乐的人才作为未了高校人才培养的最高目标提出，为深入开展大学生心理健康教育提出了新的思考。充分发挥积极情绪管理汇聚正能量的积极作用，让积极情绪管理在大学生成长成才中的助力正是本文开展研究的亮点所在。
2.培养大学生个体发掘自身的潜能与力量，激发大学生学习动机，培养大学生好学、乐学、勤学与积极乐观向上。运用保护性因素促进心理弹性的形成，增强大学生社会适应性，以充满快乐的希望和散发着青春活力的心灵状态，运用科学有效利用积极情绪管理策略对于大学生身心健康，不断增强大学生积极情绪的感受力，提高大学生情绪智力，挖掘潜力、培养调控情绪的能力，提升幸福指数具有一定的实用价值。发挥积极情绪管理作用，提高大学生情绪智商，让积极情绪在情绪管理中发挥重要作用，进一步发挥积极情绪在情绪管理中的重要作用势在必行。
3.开发大学生情绪智力，自觉养成积极的品质，塑造积极的自我，追求积极的改变，营造积极的关系。调节情绪健康应重在关注人的积极面，调动人的积极性。积极心理学的力量，是帮助人们发现并利用自己的内在资源，进而提升个人的素质和生活的品质。每个人的内心深处都需要自我实现。自我实现的需要会激发人内在的积极力量和优秀品质， 积极心理学利用这些资源来帮助一般人或具有一定天赋的人最大限度地发掘自己的潜力，并以此努力获得美好的生活。科学有效利用积极情绪管理的方法策略，就要学会积极认识情绪，积极表达情绪，积极地调整情绪。从认知、情境、平衡、社会支持等角度全面调节情绪，达到情绪健康。调节情绪、在积极心理学视角下，大学生应做自己情绪的主人，学会管理自己的情绪，为拥有健康快乐的人生加油。
4.以积极情绪心理学“培养个体积极心态”理念为指导，促进大学生自我教育。积极心理学这种关注人的优秀品质和美好心灵的心理学，从关注人类的疾病和弱点转向关注人类的优秀品质，从关注负性情绪转向关注积极情绪。本课题的研究目的是培养大学生积极心态，通过自我教育实现积极的认知加工，积极地看待世界的方法，如乐观、希望、自我接纳、自尊、宽容、逆境中的心理弹性、审美体验、智慧灵性等；人的积极的情绪体验，包括人类的幸福感、满意感、流畅感、快乐感等；人对社会的积极态度，包括社会凝聚力、利他行为、社会责任感、宽恕、仁慈、爱的能力等，为大学生拥有阳光心态，闪亮青春给力。
三、发挥积极情绪管理策略效用，提高高校大学生心理品质，促进大学生成长成才
积极心理学作为心理学研究的一种全新研究价值取向，为进一步研究大学生情绪管理问题以新的启示。随着当今由于大学生心理问题造成的伤害事件不断频发，加强高校大学生积极人格塑造，进一步发挥积极情绪对于大学生的学习、生活以及成长成才都有着重要意义。
1.积极心理学视角下的大学生情绪管理策略研究需考虑性别、年级、生源以及产生情绪障碍原因等差异。大学阶段是人生发展的重要时期，是个体逐步由依赖走向独立，进入成人社会的关键时期。许多大学生缺乏必要的心理和思想准备，因而出现不适应现象，包括奋斗目标的失落、理想与现实的反差、学习适应的不良、交往的困难等。相应地采取的对策就应该不仅包括树立牢固的科学人生观、在学习中探索“适应期”规律、进行“适应期”的心理调整、参与校园文化建设活动等，更应该考虑大学生情绪管理中的性别差异、年级差异、生源差异、产生情绪障碍的原因差异，充分利用策略去引导大学生在学习中的专注、快乐、兴趣、挑战性，干预的关注点在学生体验主观幸福感受、成功感和学习乐趣，建构学生的积极的自我概念、希望和生活满意度，培养学生创造性和战胜挫折的心理弹性，而不是单纯的克服消极情绪，这样才能通过积极心理学更有针对性地发挥大学生人性中的积极情绪的功能。
2.发挥积极情绪效用，增强学习动力。积极心理学的关注点在积极的情绪和动机。积极情绪具有更加持久的适应功能。比如，失败的反馈会造成对悲观的夸张，夸大危险，令人焦虑；而成功的反馈造成人对成功的整体的“乐观偏向”，使人积极克服困难，低估危险。研究发现，伴随着正性情绪的积极状态的认知，产生了不同寻常的思考、灵活和创新的学习，对新知识的接纳变得更加敏感。对大学生情绪问题的产生与影响的进一步研究表明，积极的情绪比中性的和负性的情绪更能促进大学生学习、提高智力，挖掘潜能，激发创造力。且积极的情绪还有助于消除负性情绪、扩大人的心理资源，使人在逆境中具有容忍挫折的心理弹性。积极的情绪更能维持长久的行为动力，更加有利于人们发挥潜能，尤其是高级的学习、创造性智力。积极情绪使人变得更加稳定，目标明确，效率更高，目光更加深远，力量更加强大。这种积极性不是一时的热情和冲动，而是永久的、可持续发展的、稳定的，它能引导大学生在幸福感中学习，幸福快乐成长。
3.运用积极情绪管理的方法策略，客服消极情绪带来的影响。在激烈竞争的社会，压力会越来越大，挫折如影随形，增强大学生情绪管理能力尤为重要。作为积极心理学视角下的积极情绪管理心理素质。高校作为高等教育人才培养专门机构，如何发挥情绪的主要作用，有效利用积极情绪解决各种心理问题，克服不良情绪带来的影响，调动积极情绪汇聚的正能量，为促进大学生健康提供必要的支持与帮助。情绪管理是指通过研究个体和群体对自身情绪和他人情绪的认识、协调、引导、互动和控制，充分挖掘和培植个体和群体的情绪智商、培养驾驭情绪的能力，从而确保个体和群体保持良好的情绪状态，并由此产生良好的效果。情绪管理隶属管理心理学，是寻求激励人心理和行为的各种途径和方法，以最大限度地调动人的积极性、创造性，从而提高学习效率，生活质量，幸福程度。
4.运用合理情绪疗法，改变大学生不合理认知。管理情绪要运用改变认知是一种非常重要情绪管理策略。任何事物都有两面，积极的认知就是在看到事物不利面的同时，更能看到积极的一面，使人增强信心，情绪饱满。 调节情绪要注意行为调节。不良情绪已经发生时，可以通过一些行为上的改变而加以调节。也许这些行为是琐碎的，但却是获得良好情绪的有效途径。加强情绪智力的培养，积极的方法手段应对不良情绪，调整解决副性情绪带来不良影响，帮助大学生自觉养成积极的品质，塑造积极的自我，追求积极的改变，营造积极的关系。开发大学生情绪智力，提高大学生心理素质。关于积极的情绪和体验。当前，关于积极情绪的研究很多，主观幸福感、快乐、爱等，都成了积极心理学研究的新的热点。关于积极情绪与健康关系。积极的心理和情绪状态对保持或促进生理健康有很大的实际意义。
能量管理策略范文第7篇
【关键字】 无线传感器 网络 节能
一、无线传感器网络及其节点构成的基本认知
无线传感器网络是由大量传感器节点构成，在其网络系统中，采取人工或飞行器埋设方式，按照实际需求将传感器节点布置于监测区域内，采取自组织形式进行节点网络构建。节点在无线传感器网络系统中承担着信息采集与传输任务，同时承担着路由角色，节点作业所采取的数据信息则通过多条路由传输给汇聚节点。
汇聚节点属于无线传感器网络特殊节点，其具备较强的信号发射能力，能够通过移动网络通信、Internet或卫星等，将监测区域范围内数据远程传输给管理中心，实现数据收集与处理任务。
传感器节点属于无线传感器网络的基础部分，其节点以电池为能源，一旦电池消耗殆尽，则节点无法进行信息采集工作。
为确保网络传感器节点运行长期稳定，则需要采取节能策略以提高节点工作寿命。典型传感器节点主要包括四个部分，分别为感知子系统、处理子系统、通信子系统及功能单元系统。
传感器节点在工作中其耗能存在着一定差异性，如通信子系统较之处理子系统能耗更多，通信子系统进行一个比特数据的传输则相当于处理子系统完成数千个指令处理所消耗能量。
在睡眠状态下，通信子系统能耗水平较低。一般情况下感知子系统具备较低能耗，但如感知器精度要求较高，则其能耗水平增加。为确保无线传感器网络运行质量，提出基于工作周期、基于移动性与基于数据驱动的三种节能策略。
二、基于工作周期的无线传感器网络节能策略
在无线传感器网络中，节点状态分为睡眠与活动两种，其中活动状态即属于无线传感器网络节点的工作周期，建立于工作周期基础之上的无线传感器网络节能策略，主要以降低通信子系统能耗为目的，其节能策略分为能量控制策略与拓扑控制策略。
2.1能量控制策略
依据网络流量运行状况，进行通信子系统周期性睡醒状态切换，是实现能量控制策略的基本思路。能量控制策略，进行通信子系统唤醒，其主要包括三种方式，分别为依据要求的睡醒协议唤醒、异步唤醒协议与依据约定的睡醒协议。
2.1.1依据要求的睡醒协议
其中依据要求的睡醒协议，要求通讯节点只有在执行通信活动时方保持工作状态，其他时间则进入睡眠状态。为有效解决睡眠可节点唤醒并保持与其节点通信，可以采取唤醒无线电形式来实现。
唤醒无线电多采取低能量与低速率无线电，进行唤醒指令的有效传达。当无线电唤醒节点后，节点进入工作状态并保持通信，打开高能量与高速率无线电，执行数据传输工作，当数据传输结束后，节点重新进入到睡眠状态。这种节能策略在低工作周期环境中较为适用，如火灾探测与信息传输等领域，具备代表性意义的协议包括STEM-B、PTW、STEM-T等。
以STEM-B协议为例，对其唤醒工作方式进行探究。在源节点与附近目的节点需要进行通信时，采取唤醒无线电方式进行周期性唤醒信号发送，当目标节点接收到唤醒信号后，则会与系统进行唤醒确认，确认后打开数据无线电。如在唤醒操作过程中，唤醒信道出现冲突，任何感知到唤醒信号的节点则都将其无线电打开，不进行唤醒信号确认；如系统没有接收到唤醒确认，源节点将在设置发送次数最高值以内持续发送唤醒信号。
2.1.2异步唤醒协议
异步唤醒协议实现的基础为：无线传感器网络每个节点，均设置有相应的睡醒调度函数，从而进行睡醒时间表产生。不需要进行时钟考虑，相邻节点如需进行相应通信，只需要进行重叠唤醒时间表即可实现。其协议以异步算法设计为核心，异步算法则确保节点通信需求的基础上，将节点活动时间进行最小化处理，并确保节点满足网络拓扑及碰撞等特殊情况，如RAW协议。
RAW协议，以睡眠调度函数为依托，对节点进行周期性唤醒，节点唤醒后进入工作状态，在一定时间后重新进入睡眠。当节点被成功唤醒后，以邻居发现机制进行活动邻居寻找，如S节点需要向D节点进行数据包发送作业，S节点转发集中存在着m个邻居可以进行转发，其中存在与节点S一起被唤醒的概率，用公式表达则为：
通过公式可以看出，当m值越大时，P概率值越大，其在高密度感知网络中应用较为广泛。
2.1.3依据约定的睡醒协议
依据约定的睡醒协议，其是将邻居节点进行同一时间设定被进行唤醒，其时间设定同步，当节点唤醒后进行通信作业。采取这种协议方式，可实现邻居广播信息传递，较为典型的协议包括DMAC、SMAC、TMAC协议等。
2.2拓扑控制策略
应用无线传感器网络节点冗余，实现网络节点寿命延长是拓扑控制策略的基本思路。在其节能策略中，要求选择节点的一个子集，确保该子集通路正常并处于工作状态，其他节点则保持睡眠状态。
以GAF协议为例，将区域内节点感知区域划分为一定虚拟式方格，其节点路由等效，同一时间保持一个路由即可。GAF协议则对节点头进行周期性选择，并让其承担一定的路由任务。剩余能量愈多节点，其被设定为节点头的可能性越高，从而确保整个无线传感器网络生命周期与节点密度保持一致。
三、基于移动性的无线传感器网络节能策略
无线传感器网络依据移动物体特性，构建移动性节能策略，其策略包括移动MS策略与移动中继MR策略两种形式。建立于移动性的无线传感器节能策略，让普通节点采取一跳或若干跳的方式，将数据传输给移动relay或移动sink，实现了静态网络多跳数据传输的突破，从而在很大程度上降低了转发次数与连接错误，进而实现节能操作。
3.1 MS策略
MS移动性节能策略在无线传感器中的应用结构图如下所示：
图1 应用MS策略的无线传感器网络结构示意图
由图1可见，网络结构划分普通节点层与MS层，普通节点层进行数据感知，MS层执行数据收集。应用该策略时，要求在其区域内设定候选地点并选择出哨兵节点，通过哨兵节点进行附近节点能量信息的捕获，在接收到MS询问信号后将捕获信息传输给MS，依据剩余能量信息MS选择节点能量较多地点作下一次移动目的地。MS策略在应用中其目的地停留时间经过精确计算，在平衡能量消耗的同时可以实现无线传感器网络寿命最大化。
3.2 MR策略
在无线传感器网络中应用MR策略，其网络结构示意图如图2。
该策略下无线传感器网络结构分三层，分别为普通节点层，执行数据感知作业，第二层为MR层，承担着数据收集与数据中转工作，将获取数据传输给AP，第三层属AP层，承担MR数据接收工作，并将所收集的数据信息与sink节点进行同步。
图2 应用MR策略的无线传感器网络结构示意图
四、基于数据驱动的无线传感器节能策略
基于数据驱动的无线传感器节能策略主要包括数据预测及高效能数据采集两个模块，其在降低感知子系统能耗方面应用广泛。
4.1数据预测
通过数据预测，可以将源节点发送给sink节点的数据量进行有效降低，从而在很大程度上降低通信子系统能耗。在低阶AR基础上进行PAQ数据预测模型构建。在布置传感器初期，感知节点执行数据采样，并将其采样值进行队列存储，当队列存储满之后，感知节点以时间序列进行PAQ模型计算，并将该模型向sink节点发送。感知节点数据采集与模型预测数据执行对比，如预测值符合标准要求则认定模型有效，如预测值偏差较大，则应更换模型。采取这种工作方式，只要求感知节点向sink节点传递PAQ模型，无需进行采样值传输，从而实现了无线传感器节能。
4.2高效能数据采集策略
提高数据采集效率，能够有效降低采样数量并降低感知子系统能源消耗。较为典型的高能效数据采集策略如Backcasting，其策略应用空间联系进行采样数量控制。其策略要求在节点间采样值差异偏大的区域范围内，将更多节点激活并进行感知。因一定区域内开始节点处于睡眠状态，实现节点激活需经过以下操作：第一，进行部分节点激活，并将部分节点作为初始化节点子集，通过部分节点进行环境感知并划定子区域，子区域节点自组织成簇，由簇头进行节点激活评估并将评估结果发送给sink节点；第二，当区域内空间联系降低时，sink节点发送激活信号给簇头，按照信号要求簇头将区域内相应节点进行激活。
五、结语
无线传感器网络在抢险救灾、环境监测、目标跟踪及工业控制等领域应用十分广泛，其是由大量微型传感器节点构成，节点以电池为基础能耗，一旦能耗殆尽则无法实现其相应功能。为此，进行无线传感器节能策略研究则具备着重要的现实意义。在分析无线传感器网络及其节点构成的基础上，提出基于工作周期、基于移动性与基于数据驱动的三种节能策略，并对其策略工作模式及工作协议进行探究。实践证明，采取综合的节能策略，能够有效提高无线传感器网络生命周期，实现更好的现实效益。
参 考 文 献
[1]姚兰，曾锋.基于最大覆盖集的无线传感器网络节能策略研究[J].计算机工程与科学，2013，35（4）：47-52.
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能量管理策略范文第8篇
隨着舰船综合电力系统（integrated power system，IPS）的不断发展，中压直流（medium voltage direct current，MVDC）配电方式以其灵活高效的特点受到广泛关注，相比中压交流（medium voltage alternating current，MVAC）配电方式更具优势[1-2]。近年来提出的新型MVDC环网模型[3]可以极大地提高MVDC系统的供电效率和可靠性。MVDC电力系统主要包括发电系统、配电系统、混合储能系统、常规负载和脉冲负载等。
高功率脉冲负载的上舰应用给MVDC的稳定性带来新的挑战。文献[4-5]详细探讨了舰船脉冲负载的工作特点，并列举了几种典型舰船脉冲负载，如电磁弹射装置、电磁轨道炮、脉冲雷达等。由于发电机无法在短时间内对大功率作出动态响应，所以有必要引入混合储能系统，由高功率密度的超级电容响应暂态过程，高能量密度的锂电池响应稳态过程，充分发挥它们的互补优势[6]。
储能系统与直流电网之间能量流通的关键是双向DC-DC变换器。随着舰船装备容量和电压等级的提升，传统双向DC-DC变换器已难以满足配电需求。双有源桥（dual active bridge，DAB）变换器以其电气隔离、电压变比灵活、双向传输、易实现软开关、功率密度高、模块化结构等优点，被广泛应用于航空电源、电动汽车、分布式发电领域，在舰船MVDC电力系统中也受到重点关注[7-11]。
目前，针对DAB变换器的研究大多集中于拓扑层面，主要有两个方向：一是采用改进的拓扑结构和软开关策略，但会损失DAB变换器的对称性[12];二是改进控制方法，通过多自由度移相控制算法来改善DAB变换器的环流特性，减小电流应力，提高功率传输能力[13]。然而，对DAB变换器系统控制层面的研究较少。文献[14]探讨了DAB变换器的大、小信号建模，但未进行闭环补偿设计;文献[15]提出了DAB变换器直接功率控制策略，具有优越的动态响应效果，但未结合具体应用场景进行讨论;文献[16]探讨了一种应用于交流电网的储能系统，采用了基于DAB变换器的AC-DC-DC双向变换器，以保证DAB变换器电压变比匹配。直流电网中基于DAB变换器的储能系统研究，大多未关注DAB变换器的实际工作特性，有些采用了简化模型，但与实际情况存在较大偏差。文献[11]将DAB变换器作为电力电子配电变压器应用于船舶MVDC系统中，并给出了详细的控制策略，但未结合储能系统进行讨论。文献[17]研究了基于DAB变换器的储能系统在脉冲负载工况下的能量管理，采用超级电容平复母线波动，但未结合DAB变换器的实际工作特性;文献[18]提出了一种基于DAB变换器的具有高度电压变比灵活性的混合储能系统，采用传统功率分配策略来应对分布式发电中负载功率突升突降，但未涉及储能系统端电压变化的讨论。
在混合储能系统中，锂电池与超级电容端电压随荷电状态的变化存在巨大差异[19-20]，锂电池具有充放电线性平台，端电压相对稳定，而超级电容不具有线性平台，端电压变化范围宽，对系统影响较大。
本文以基于DAB變换器的舰船MVDC混合储能系统端电压为优化目标，分析DAB变换器的工作特性以及闭环控制，针对超级电容端电压变化范围宽和在脉冲负载工况下传统功率分配策略属于开环分配的缺点，引入混合储能系统功率比h，建立锂电池与超级电容功率传输之间的联系，提出一种新型动态补偿功率分配策略。采用直接功率控制进行仿真，仿真结果表明该策略不仅能平复脉冲负载投切对系统的冲击，还能实现闭环功率分配，主动限制超级电容端电压。