Dymos 问题没有收敛到解决方案

问题描述

编辑:如果我制作 N2 图表会有帮助吗?

Edit2:与此同时,我将仔细检查组件以确保输出正确。

我正在为电动自行车制作单圈时间模拟器。我正在使用 Dymos 处理之前的示例:https://github.com/OpenMDAO/dymos/tree/master/dymos/examples/racecar

我正在使用一些不同的方程来调整它,这些方程包含滚动速率,当然还有电气系统。方程来自这篇论文:https://eprints.soton.ac.uk/411613/

我已经尝试让它工作了很长一段时间,但我无法弄清楚出了什么问题,这是一个简化版本,其中所有非必要组件都已被剥离,并且系统最类似于 Dymos例如,这是我的:https://github.com/RoryMcDonald/LTS-Help

我的和主要示例之间的一个主要区别是我使用的是 Radau 搭配而不是 Gauss-Lobatto。这是因为我在 Gauss Lobatto 的搭配节点上得到了一些奇怪的值(太高了)。

目前,我的实现与本文中的实现之间存在一些细微差别:

  • N(轮胎反应负载)不限于正数(公式 18)。
  • z(与道路的距离)不强制为正(即自行车不必与道路接触),如果值为正,则表示自行车轮胎被压缩到道路中好(产生抓地力)。
  • 我没有将 Omega_z 定义为控制(方向盘),而是将二阶项 Omegadot_z 定义为 Omega_z 的控制输入和 state_rate。
  • Tau_w,来自制动和节流的扭矩被分成 tau_t 和 tau_b(节流和制动)。这样我就可以从 tau_t 计算功耗。

我曾尝试在某个时候分别实现后三个。我不能说我已经尝试了所有三者的所有组合。

  • 我没有将整个问题定义为形式 Ax=b 的隐式组件,而是在隐式组件中仅定义了四个状态速率(Vdot、Phiddot(Phidot dot)、Betadot、zddot),因为它们都是线性的一部分方程组(论文中的方程 13 和 14)。

我还没有尝试定义一个具有 Ax=b 形式的所有状态率/状态的大量隐式组件。无论如何,这有点打败了 OpenMDAO。

  • 我没有状态 e(电池电量)和 T(温度)。它们都与动力系统有关,我已将其删除以简化问题。

  • PowerLim 是一个临时组件,用于定义最大牵引功率,而通常定义功率限制的电气组件已被移除。

当我尝试运行该问题时,优化器只会不断增加完成一圈所需的时间。我查看了油门输入 (tau_t),它仍然接近初始值(非常低),因此自行车无处可去。这可能只是问题的一小部分,但这绝对是问题的征兆。

此外,轮胎约束限制为 1,是圈速模拟和一般赛车运动的本质,通常远远超过 1 (>>1e2)。

我将感激的是如果有人能看一下 issueSolver.py 并告诉我是否有任何明显的问题,任何明显缺失的问题。或者,如果你有兴趣,整个事情。我已经在这个问题上投入了大量时间,但几乎不知道它出了什么问题。

我已经检查了所有组件,我认为它们的定义是正确的。我对线性系统进行了三次检查,所有方程都是正确的,gmres 正确实现,点积也是如此(但我在输入时怀疑自己),我已经手动插入了所有状态的值和线性系统状态速率(Vdot 等)似乎都能正确响应。

编辑:一些优化器迭代:

iter    objective    inf_pr   inf_du lg(mu)  ||d||  lg(rg) alpha_du alpha_pr  ls
   0  1.0000000e+02 2.24e+02 9.90e+01  -3.0 0.00e+00    -  0.00e+00 0.00e+00   0
   1  9.9995253e+01 2.24e+02 2.22e+03  -3.0 3.02e+05    -  2.58e-04 4.46e-05h  1
   2r 9.9995253e+01 2.24e+02 1.09e+03   2.4 0.00e+00    -  0.00e+00 2.23e-08R  2
   3r 1.4379355e+02 5.37e+05 1.64e+12   2.4 6.43e+05    -  1.68e-03 3.51e-03f  1
   4r 1.4379159e+02 5.36e+05 1.64e+12   2.4 2.68e+05    -  4.16e-03 1.26e-03f  1
   5r 1.4401612e+02 5.34e+05 1.63e+12   2.4 2.02e+05    -  1.25e-03 4.24e-03f  1
   6r 1.4416339e+02 5.33e+05 1.63e+12   2.4 2.75e+05    -  2.34e-03 1.52e-03f  1
   7r 1.4416476e+02 5.33e+05 1.63e+12   2.4 2.86e+06    -  1.94e-04 7.18e-06f  1
   8r 1.5125780e+02 5.12e+05 1.70e+12   2.4 8.84e+05    -  8.69e-03 1.32e-03f  1
   9r 1.5155334e+02 5.12e+05 1.71e+12   2.4 8.19e+05    -  3.34e-03 6.71e-05f  1
iter    objective    inf_pr   inf_du lg(mu)  ||d||  lg(rg) alpha_du alpha_pr  ls
  10r 1.6438619e+02 5.09e+05 1.73e+12   2.4 2.20e+05    -  4.65e-03 3.02e-03f  1
  11r 1.9345701e+02 4.81e+05 1.80e+12   2.4 3.92e+04  -4.0 5.02e-03 7.43e-03f  1
  12r 2.5149263e+02 4.73e+05 1.81e+12   2.4 2.94e+03  -2.2 3.32e-02 1.69e-02f  1
  13r 2.8287132e+02 4.66e+05 1.80e+12   2.4 1.01e+03  -1.4 1.12e-02 1.50e-02f  1
  14r 3.8606696e+02 4.37e+05 1.66e+12   2.4 5.73e+02  -1.0 6.47e-02 6.24e-02f  1

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