液压挖掘机混合动力系统能量转换及其控制策略研究.docx

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1、液压挖掘机混合动力系统能量转换及其控制策略研究液压挖掘机是一种能耗高、排放差且使用广泛的工程机械。因此,液压挖掘机的节能研究,在当前社会能源紧缺和环境日趋恶化的情况下,具有重要的现实意义。从现有技术来看,采用混合动力技术是液压挖掘机节能减排的有效途径。论文从系统成本、技术可行性等角度出发,选择了铅酸蓄电池做辅助动力源,并针对应用动力电池的液压挖掘机混合动力系统及其控制中存在的关键问题进行了一系列研究,具体研究工作内容如下:(1)基于马斯理论的蓄电池快速充电技术研究选用蓄电池做挖掘机混合动力系统的辅助动力源,其首要问题就是充电速度慢和使用

2、寿命短。结合马斯快速充电理论提出了分段优化的模糊控制快速充电策略,以芯片TMS320F240为控制器,对混合动力挖掘机充放电系统软硬件进行了设计,以实现上述快速充电策略。搭建蓄电池的仿真模型,以5t挖掘机实际工况的负载功率与发动机平均功率的差值作为模型的输入进行了仿真研究。结果表明,所提充电策略可以有效提高蓄电池充电效率,且大大降低了蓄电池的充放电次数。(2)基于灰预测的蓄电池剩余容量估计方法研究蓄电池剩余容量估计一直是蓄电池控制中的一个重要难题。由于挖掘机负载变动剧烈且频繁,作为液压挖掘机的辅助动力源,蓄电池必然处于频繁的变电流充放电

3、中,其剩余容量的估计会更为困难。通过实验获取混合动力挖掘机蓄电池剩余容量的原始数据序列,并对其进行灰预测研究,提出了充电阶段采用累加-均值算子的灰预测直接建模,放电阶段采用变权弱缓冲灰预测,以对放电阶段的负载扰动进行独立补偿修正的灰预测方案。结果表明,该方案可以很好地跟踪蓄电池剩余容量原始序列的波动。(3)基于混合度分析的挖掘机混合动力系统综合性能对比研究在分析、确定液压挖掘机混合动力系统结构方案基础上,分别建立液压挖掘机混合动力串联系统和并联系统的仿真模型,仿真研究了各种混合度下不同载荷工况串联系统和并联系统的油耗情况。在此基础上,选

4、择节能效果最佳的重载工况混合度对串、并联系统动力参数配置,进行了优化设计,确定其最佳动力参数。根据实际情况对完成动力参数配置的串联、并联系统进行了仿真分析,从系统油耗、发动机工作点和蓄电池剩余电量变化情况三个方面进行了综合对比。结果表明,混合动力并联系统的综合性能要优于串联系统。(4)基于综合效率最大化的并联式混合动力挖掘机控制策略研究控制策略研究是实现混合动力系统最佳效能的关键问题之一,根据挖掘机的实际工况特点,提出了基于系统综合效率最大化的动态能量管理策略及蓄电池变电流充放电控制策略,搭建实验测试平台,模拟实际工况负载对上述策略进行

5、实验研究。结果表明,本文所提控制策略有较好的节能效果且有效避免了蓄电池的深度充放电。通过本论文研究,解决了蓄电池充电速度慢及过度的深度充放电问题,综合考虑混合动力系统整机效率的控制策略有效地提高了系统节能效果。