液壓挖掘機(jī)混合動力系統(tǒng)的控制策略與參數(shù)匹配研究.pdf

1、液壓挖掘機(jī)是一種用量大、能耗高、排放差的工程機(jī)械，因此研究液壓挖掘機(jī)的節(jié)能在當(dāng)前社會能源緊缺和環(huán)境惡化問題日趨嚴(yán)重的情況下具有重要的現(xiàn)實意義。并且作為一種典型的工程機(jī)械，液壓挖掘機(jī)的節(jié)能研究將為同類型的其它工程機(jī)械相關(guān)問題的解決提供借鑒。 在液壓挖掘機(jī)上，全部的排放以及很大部分能量轉(zhuǎn)換效率低的環(huán)節(jié)都在其動力系統(tǒng)，因此對其節(jié)能的研究主要應(yīng)集中于其動力系統(tǒng)。影響動力系統(tǒng)效率的主要因素有動力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、參數(shù)優(yōu)化匹配以及控制策略。

2、 論文通過對液壓挖掘機(jī)進(jìn)行能耗分析，提出了相應(yīng)的節(jié)能方法，確立了其混合動力驅(qū)動結(jié)構(gòu)，并根據(jù)液壓挖掘機(jī)的工況制定了相應(yīng)的控制策略，對動力系統(tǒng)進(jìn)行了參數(shù)匹配研究，在此基礎(chǔ)上提出了液壓挖掘機(jī)混合動力系統(tǒng)的設(shè)計規(guī)程。論文為進(jìn)一步研究高效節(jié)能的液壓挖掘機(jī)動力系統(tǒng)提供了一定的理論和實驗依據(jù)。 各章內(nèi)容分述如下： 第一章論述了在當(dāng)前能源緊缺、環(huán)境惡化的情況下研究液壓挖掘機(jī)動力系統(tǒng)的控制與匹配的重要意義。介紹了對液壓挖掘機(jī)動力系統(tǒng)進(jìn)行

3、控制與匹配研究的發(fā)展概況；分析比較了各種動力系統(tǒng)控制與匹配方法的特點；在此基礎(chǔ)上，提出了液壓挖掘機(jī)采用混合動力系統(tǒng)的驅(qū)動方案，介紹了液壓挖掘機(jī)混合動力系統(tǒng)控制與匹配的研究現(xiàn)狀；提出了本課題的研究內(nèi)容及論文的研究工作。 第二章分析了液壓挖掘機(jī)的結(jié)構(gòu)組成，建立了液壓挖掘機(jī)的仿真模型?；诜抡婺Ｐ图耙簤和诰驒C(jī)工作中的實測數(shù)據(jù)，分析了液壓挖掘機(jī)的典型工況，并歸納了其特點。在此基礎(chǔ)上，提出了一種液壓挖掘機(jī)混合動力驅(qū)動結(jié)構(gòu)，該方案通過分析對

4、比各種混合動力驅(qū)動方式的優(yōu)缺點，確定了并聯(lián)混合動力驅(qū)動的方式；根據(jù)液壓挖掘機(jī)工作中可回收能量多的特點，采用了液壓馬達(dá)—發(fā)電機(jī)進(jìn)行能量回收；針對液壓挖掘機(jī)的工況特點，選取了電容器為動力系統(tǒng)的蓄能裝置。在所建立的模型上對該液壓挖掘機(jī)混合動力驅(qū)動結(jié)構(gòu)進(jìn)行了仿真分析。 第三章對第二章所提出的液壓挖掘機(jī)混合動力系統(tǒng)進(jìn)行了建模和分析。將動力系統(tǒng)分為發(fā)動機(jī)單元和電容器兩部分，分別建立了其中發(fā)動機(jī)、液壓泵、電動機(jī)、整流/逆變器、發(fā)電機(jī)、電容器等

5、元件的模型，對動力系統(tǒng)兩大部分的特性進(jìn)行了分析，為制定液壓挖掘機(jī)混合動力系統(tǒng)的控制策略和進(jìn)行參數(shù)匹配提供了依據(jù)。 第四章基于第三章對液壓挖掘機(jī)混合動力系統(tǒng)的建模及分析，研究并提出了其控制策略。在課題的前期研究中，已憶提出了初步的液壓挖掘機(jī)混合動力系統(tǒng)控制策略，本章對這些控制策略進(jìn)行了對比分析，結(jié)合液壓挖掘機(jī)混合動力系統(tǒng)的特點，提出了發(fā)動機(jī)自判斷分段式多工作點切換控制策略和動態(tài)工作點控制策略，并對這兩種控制策略進(jìn)行了仿真和試驗研究

6、。 第五章為進(jìn)一步優(yōu)化液壓挖掘機(jī)混合動力系統(tǒng)，提出了以動力系統(tǒng)效率為優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)、以滿足負(fù)載驅(qū)動需求和最小化裝機(jī)功率為約束條件函數(shù)的基于遺傳算法的參數(shù)匹配方法。在前述液壓挖掘機(jī)混合動力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、工況及控制策略的基礎(chǔ)上，確立滿足優(yōu)化目標(biāo)和約束條件的基于遺傳算法的參數(shù)匹配方法。利用該匹配方法對混合動力系統(tǒng)中發(fā)動機(jī)、電動機(jī)、發(fā)電機(jī)和電容器等主要元件進(jìn)行了參數(shù)匹配，在所建立的混合動力液壓挖掘機(jī)模型上對匹配結(jié)果進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，進(jìn)行

7、參數(shù)匹配后系統(tǒng)的效率有了顯著的提高。 第六章在前述幾章的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)的提出了液壓挖掘機(jī)混合動力系統(tǒng)的設(shè)計規(guī)程。該設(shè)計規(guī)程首先通過對設(shè)計對象的分析確立其動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，然后制定相應(yīng)的控制策略，在此基礎(chǔ)上對動力系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)匹配，從而完成動力系統(tǒng)的設(shè)計。以7t液壓挖掘機(jī)為對象，利用該規(guī)程設(shè)計了其混合動力系統(tǒng)和控制策略，并進(jìn)行了參數(shù)匹配。在所建立的模型上對設(shè)計結(jié)果進(jìn)行了仿真分析，結(jié)果表明，該混合動力系統(tǒng)具有較好的節(jié)能效果，表明了該設(shè)計規(guī)程