热管理系统优化方法及装置

本发明涉及数据处理，尤其涉及一种热管理系统优化方法及装置。

背景技术：

1、热管理系统是大功率载荷装备、航空航天装备、新能源装备以及高效动力系统的核心支撑部件。在动力电池、航空发动机等复杂应用场景中，热管理系统的动态运行过程普遍存在强非线性、多物理场耦合、热量传输延迟、时序状态关联以及多约束边界限制等典型特征。在一个完整的工作周期内，热管理系统需要在满足最高温度限制、总换热量要求、流量上下限等约束条件的前提下，实现泵功、能耗或者系统总重量的最优控制，属于典型的高维、动态、带约束的非线性优化问题。

2、动态运行优化的结果通常可以被用于热管理系统的优化控制。经过优化得到的时变流量序列可以作为控制环节的前馈指令，在实际运行过程中，控制环节根据优化得到的轨迹调节流体驱动件的运行状态，从而实现运行能耗的降低。然而，控制环节对实时性具有较为严格的要求，优化过程必须在有限时间内完成求解。一旦求解时间过长，便难以支撑更精细的时间离散，进而限制了热管理系统能效水平的进一步提升。

3、在相关技术中，热管理系统的动态运行优化普遍采用序列二次规划、内点法、投影梯度法、罚函数法以及增广拉格朗日乘子法等通用优化方式。这类优化方式面向通用优化场景设计，在高维离散时间场景下，决策变量维度高、迭代次数多、计算量大，往往难以满足机载、车载等控制环节毫秒至秒级的实时优化需求。同时，这类优化方式在面对热量传输延迟、时序耦合以及非线性换热等特性时，容易出现收敛速度慢、优化精度不足以及鲁棒性较差等情况。

4、由此可见，相关技术中的热管理系统动态运行优化方式，难以在有限的计算时间内兼顾高优化精度与高计算效率，从而制约了热管理系统的实时动态优化与控制能力。因此，如何在满足多重约束的前提下，快速且准确地完成热管理系统高维动态运行优化问题的求解，成为本领域亟需解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明提供一种热管理系统优化方法及装置，用以解决现有技术中热管理系统动态运行优化方式，难以在有限的计算时间内兼顾高优化精度与高计算效率，从而制约了热管理系统的实时动态优化与控制能力的问题。

2、本发明提供一种热管理系统优化方法，包括：

3、基于热管理系统的工况参数，确定针对流体驱动件的初始流量向量以及约束条件；其中，所述约束条件包括换热约束以及流量边界约束，所述换热约束表征工作周期内的总换热量等于目标换热量；

4、以所述初始流量向量为迭代初值，迭代执行边际成本协调操作，直至当前迭代得到的更新流量向量满足预设收敛条件，并将满足所述预设收敛条件的更新流量向量确定为最优流量序列；

5、其中，所述边际成本协调操作包括：针对本次迭代的输入流量向量，计算各个离散时间步长对应的边际成本，并基于所述边际成本对所述输入流量向量进行协调与寻优，结合所述换热约束以及所述流量边界约束，生成本次迭代的更新流量向量；所述边际成本表征瞬时能耗相对于所述总换热量的微增率；所述输入流量向量在首次迭代时为所述初始流量向量，在后续迭代时为前一次迭代得到的更新流量向量；

6、基于所述最优流量序列生成控制指令，并基于所述控制指令调节所述流体驱动件的运行状态，以降低所述热管理系统的运行能耗。

7、可选地，基于热管理系统的工况参数，确定针对流体驱动件的初始流量向量以及约束条件，包括：

8、基于所述工况参数，利用动态热量流法构建所述热管理系统的动态模型；其中，所述动态模型具备表征管路热量传输延迟的延迟热动势，所述延迟热动势对应的延迟时间随流速变化而变化；

9、基于所述动态模型，确立优化目标为所述流体驱动件在所述工作周期内的总能耗最小化，并生成所述初始流量向量。

10、可选地，所述计算各个离散时间步长对应的边际成本，包括：

11、计算各个所述离散时间步长对应的瞬时能耗；其中，所述瞬时能耗与所述流体驱动件的阻力系数及对应的所述离散时间步长内流量的立方成正比；

12、基于所述动态模型，计算所述总换热量相对于各个所述离散时间步长内流量的换热量梯度；

13、将所述瞬时能耗相对于对应流量的偏导数与所述换热量梯度的比值，确定为所述边际成本。

14、可选地，基于所述边际成本对所述输入流量向量进行协调与寻优，结合所述换热约束以及所述流量边界约束，生成本次迭代的更新流量向量，包括：

15、基于所述边际成本的一致性评估结果，对所述输入流量向量中的变量执行变量释放操作或变量冻结操作，获得自由变量集以及对应的平均边际成本；

16、基于所述自由变量集内各个变量的所述边际成本与所述平均边际成本的差值，确定迭代搜索方向；

17、沿所述迭代搜索方向执行满足所述换热约束的流量缩放操作，确定迭代步长并生成本次迭代的更新流量向量。

18、可选地，基于所述边际成本的一致性评估结果，对所述输入流量向量中的变量执行变量释放操作或变量冻结操作，获得自由变量集以及对应的平均边际成本，包括：

19、在处于所述流量边界约束下限的冻结变量的边际成本，小于所述平均边际成本与预设容忍度之差的情况下，将对应的冻结变量释放至所述自由变量集；

20、在处于所述流量边界约束上限的冻结变量的边际成本，大于所述平均边际成本与所述预设容忍度之和的情况下，将对应的冻结变量释放至所述自由变量集；

21、响应于所述变量释放操作，动态更新所述平均边际成本。

22、可选地，沿所述迭代搜索方向执行满足所述换热约束的流量缩放操作，确定迭代步长并生成本次迭代的更新流量向量，包括：

23、求解用于使缩放后的流量向量满足所述换热约束的缩放系数；

24、利用所述缩放系数、初始探查步长及所述迭代搜索方向，构建候选流量向量；

25、在所述候选流量向量对应的总能耗相对于上一次迭代总能耗的下降量大于预设阈值的情况下，将所述候选流量向量确定为本次迭代的更新流量向量。

26、可选地，所述预设收敛条件的判别包括：

27、确定所述自由变量集内各个变量的边际成本与所述平均边际成本之间的最大绝对偏差，获得边际成本一致性误差；

28、在所述边际成本一致性误差小于预设收敛阈值的情况下，判定满足所述预设收敛条件。

29、可选地，所述工作周期包括产热阶段以及排热阶段；

30、在所述产热阶段，热源以预设热功率产热，所述约束条件还包括所述热管理系统的最高温度低于预设安全温度；

31、在所述排热阶段，所述热源关闭；

32、所述初始流量向量对应所述排热阶段的各个离散时间步长，并且所述产热阶段的各个离散时间步长内的流量保持为所述流量边界约束的上限。

33、可选地，所述热管理系统包括泵、热源、相变储热单元以及散热器，所述流体驱动件为所述泵，所述流体驱动件的运行能耗为所述泵的泵功；

34、所述基于所述控制指令调节所述流体驱动件的运行状态，包括基于所述控制指令调节所述泵的转速或所述热管理系统中阀门的开度。

35、本发明还提供一种热管理系统优化装置，包括：

36、确定模块，用于基于热管理系统的工况参数，确定针对流体驱动件的初始流量向量以及约束条件；其中，所述约束条件包括换热约束以及流量边界约束，所述换热约束表征工作周期内的总换热量等于目标换热量；

37、更新模块，用于以所述初始流量向量为迭代初值，迭代执行边际成本协调操作，直至当前迭代得到的更新流量向量满足预设收敛条件，并将满足所述预设收敛条件的更新流量向量确定为最优流量序列；

38、其中，所述边际成本协调操作包括：针对本次迭代的输入流量向量，计算各个离散时间步长对应的边际成本，并基于所述边际成本对所述输入流量向量进行协调与寻优，结合所述换热约束以及所述流量边界约束，生成本次迭代的更新流量向量；所述边际成本表征瞬时能耗相对于所述总换热量的微增率；所述输入流量向量在首次迭代时为所述初始流量向量，在后续迭代时为前一次迭代得到的更新流量向量；

39、优化模块，用于基于所述最优流量序列生成控制指令，并基于所述控制指令调节所述流体驱动件的运行状态，以降低所述热管理系统的运行能耗。

40、本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述任一种所述热管理系统优化方法。

41、本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述热管理系统优化方法。

42、本发明还提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述热管理系统优化方法。

43、本发明提供的一种热管理系统优化方法及装置，通过获取热管理系统的工况参数确定针对流体驱动件的初始流量向量以及约束条件，并以初始流量向量为迭代初值，迭代执行边际成本协调操作，在每次迭代中计算各个离散时间步长对应的边际成本，进而基于边际成本对输入流量向量进行协调与寻优，再结合换热约束以及流量边界约束生成更新流量向量，直至满足预设收敛条件得到最优流量序列，最终基于最优流量序列生成控制指令调节流体驱动件的运行状态，由此将原本高维、带约束的多变量动态优化问题，转化为围绕边际成本进行协调的寻优过程，在严格满足总换热量约束与流量边界约束的同时显著减少了迭代计算量，从而在保证优化精度的前提下大幅提升求解速度，能够满足机载、车载等强实时热管理系统动态优化与控制需求，并有效支撑更精细的时间离散以进一步提升热管理系统的能效水平。