并联混合动力挖掘机系统建模及控制策略仿真

并联混合动力挖掘机系统建模及控制策略仿真作者：刘刚，宋德朝，陈海明，陈明，LIUGang，SONGDechao，CHENHaiming，CHENMing作者单位：刘刚,陈明,LIUGang,CHENMing(同济大学,中德工程学院,上海,201804)，宋德朝,陈海明,SONGDechao,CHENHaiming(同济大学,机械工程学院,上海,201804)刊名：同济大学学报（自然科学版）英文刊名：JOURNALOFTONGJIUNIVERSITY(NATURALSCIENCE)年，卷(期)：2010，38(7)被引用次数：0次参考文献(11条)1.彭天好.杨华勇.傅新液压挖掘机全局功率匹配与协调控制2001(11)2.张彦廷基于混合动力与能量回收的液压挖掘机节能研究20063.王庆丰.张彦廷.肖清混合动力工程机械节能效果评价及液压系统节能的仿真研究2005(12)4.刘钊.张超新型油电混合动力传动装置运行模式应用分析2008(9)5.张彦廷.王庆丰.肖清混合动力液压挖掘机液压马达能量回收的仿真及试验2007(8)6.李建启.张传福.汪铁荪液压挖掘机回转节能装置1991(2)7.费望龙混合动力液压挖掘机控制策略设计与参数优化研究20088.肖清.王庆丰.张彦廷.付强液压挖掘机混合动力系统建模及控制策略研究2007(3)9.肖清.王庆丰.张彦廷液压挖掘机电容蓄能式并联混合动力系统结构及控制策略研究2008(5)10.高峰.高宇.冯培恩挖掘机载荷自适应节能控制策略2001(9)11.曹善华单斗液压挖掘机1986相似文献(10条)1.期刊论文张彦廷.雷西娟.王庆丰.肖清混合动力液压挖掘机多泵驱动系统节能效果的仿真评价-工程机械2008,39(2)由于液压挖掘机用量大、油耗高、排放差,其节能和排放问题已受到业界的广泛关注.为了降低液压挖掘机的燃油消耗,提高尾气排放质量,在现有的常规液压挖掘机系统的基础上引入了混合动力技术和多泵多回路驱动等节能措施,设计了多种节能方案;针对各种方案利用MATLAB系统建立了相应的整机仿真模型,在-个标准挖掘周期内对燃油发动机的油耗和装机功率等关键参数进行了仿真计算.研究结果表明,采用混合动力驱动可以保证燃油发动机工作在高效区内,使燃油燃烧充分,提高了其燃油利用率,降低了排放;但单纯地采用混合动力驱动,由于能量转化环节多、损耗大,致使节能效果不明显;多泵多回路系统可以有效地降低液压系统的压力补偿损失,提高液压系统的工作效率;两种节能方案相互结合,可以获得较好的节能效果和排放质量.进一步研究表明,采用并联式混合动力技术和电动机驱动回转的三泵驱动方案可以获得较好的节能效果.2.学位论文谢迪混合动力液压挖掘机动力系统研究2008液压挖掘机的混合动力技术是降低挖掘机能耗和改善排放的有效技术方案，该领域的研究在国内刚刚起步，本文针对混合动力液压挖掘机的动力系统展开研究，通过建立动力系统的模型，结合挖掘机工况运用控制策略进行仿真，在理论层面表明混合动力液压挖掘机相比普通挖掘机在动力系统的工作性能、燃油经济性等方面的优越性，也体现出液压挖掘机的混合动力技术研究的重要性以及应用前景。论文主要分为以下几个部分：(1)绪论。介绍了混合动力液压挖掘机及其动力系统研究的意义，阐述了该领域在国内外研究的情况，并根据目前的研究现状指出了在混合动力液压挖掘机动力系统研究方面的不足，说明了本论文开展研究的内容以及重点。(2)混合动力液压挖掘机动力系统布置和参数匹配。通过比较三种混合动力系统布置的结构，结合挖掘机的控制特点确定采用并联式动力系统结构，并根据混合动力液压挖掘机动力系统的参数需求匹配了动力单元柴油发动机、电动机和电池组的参数。(3)混合动力液压挖掘机柴油发动机动力学模型研究。引用基于气缸压力—曲轴转速的发动机瞬态动力学模型，依据实际的发动机参数建立混合动力液压挖掘机柴油发动机动力学模型，为进行动力系统控制策略的研究提供了模型平台。(4)混合动力液压挖掘机动力系统仿真研究。阐述了混合动力液压挖掘机动力系统的模型以及负载工况，采用了多工作点控制策略应用于动力系统的控制，并对混合动力液压挖掘机动力系统模型和普通挖掘机发动机动力系统模型进行仿真对比研究，验证了运用多工作点控制策略的混合动力系统在工作平稳性、燃油经济性等方面优于普通挖掘机发动机动力系统。(5)混合动力液压挖掘机试验台架设计与搭建。介绍了混合动力液压挖掘机试验台架的组成和系统功能，分别阐述了混合动力源系统部分和液压模拟加载系统部分的设计情况，并通过图纸和照片展示了台架的搭建。3.期刊论文林潇.管成.潘双夏.王冬云.LinXiao.GuanCheng.PanShuangxia.WangDongyun并联式混合动力液压挖掘机参数匹配方法-农业机械学报2009,40(6)从混合动力液压挖掘机的结构入手,以系统全局效率优化为目标,提出了并联式混合动力液压挖掘机动力源单元和能量储存单元的优化目标函数、约束方程以及整机的参数匹配方法,并结合一台5t混合动力液压挖掘机系统进行了部件参数匹配的实例研究,通过Matlab/Simulink建模分析得到经参数匹配后的系统,其各部件具有装机功率低、效率高、油耗低的良好特性.4.期刊论文肖清.王庆丰.张彦廷.付强.XIAOQing.WANGQing-feng.ZHANGYan-ting.FUQiang液压挖掘机混合动力系统建模及控制策略研究-浙江大学学报（工学版）2007,41(3)为了使液压挖掘机达到节能的目的,提出了一种应用于并联式混合动力液压挖掘机系统的控制策略.分析了该并联式混合动力液压挖掘机系统的结构,建立了其仿真模型,归纳了其工况的特点,从而确立了以发动机燃油经济性和电池荷电状态(SOC)为优化变量的控制策略.该控制策略设立了多个发动机工作点和SOC工作上、下限,在工作中通过比较SOC当前值与其限值来自动切换发动机的工作点或工作段.仿真结果表明,该控制策略在挖掘及平地两种工况下均能使发动机保持较好的燃油经济性,同时电池SOC也能稳定在设定的72.5%～88%范围内,有利于系统的高效稳定工作.5.学位论文张彦廷基于混合动力与能量回收的液压挖掘机节能研究2006液压挖掘机由于其用量大、耗油高、排放差，已逐渐成为节能环保领域普遍关注的主要对象之一。因此，高效、节能一直是国内外液压挖掘机生产企业追求的主要目标。当前，液压挖掘机的节能研究主要包括如下三个方面：提高元件性能，改进液压系统和改善发动机－液压系统－负载的功率匹配。元件的改进对液压挖掘机系统效率的提高发挥了重大作用，但节能空间比较有限；液压系统效率较低，特别是主控阀消耗了大量能量，应作为节能研究的一个主要对象；功率匹配的目的在于充分利用发动机的输出能量，但由于发动机工作点的变化致使其自身效率低下，因此通过采用混合动力驱动来改善发动机的工作条件是液压挖掘机节能的另一重要研究方向。论文以某20吨级双泵驱动液压挖掘机为对象，基于MATLAB系统的Simulink和SimMechanics建立了整机的仿真模型，分析研究了液压挖掘机的能量分配，从燃油消耗、元件装机功率和工作参数等方面对串、并联混合动力液压挖掘机进行了仿真评价，重点对以电容器为主要储能元件的并联式混合动力系统的控制方案和液压马达能量回收展开了深入的理论分析、仿真和试验研究，最后提出了集并联式混合动力、单独驱动、电机直接驱动回转和液压马达能量回收于一体的新型结构方案，并对该方案进行了性能的综合分析和研究。各章内容分述如下：第一章论述了液压挖掘机节能研究的重要意义，介绍了液压挖掘机工作元件、液压系统以及发动机—液压泵功率匹配三方面节能研究的现状和发展历程，分析了各种节能方法的特点和存在的不足，提出了改进液压系统的工作方式和采用混合动力系统驱动作为液压挖掘机的节能方案，概述了本课题的研究内容及论文所进行的研究工作。第二章以国外某20吨级液压挖掘机为蓝本建立了数学模型，利用MATLAB系统所提供的Simulink和SimMechanics两个仿真模块建立了液压挖掘机的整机仿真模型。对液压挖掘机能量流进行了分析研究，并对发动机的输出功率和主控阀能量损耗分配进行了仿真计算。研究结果表明，混合动力驱动和液压马达能量回收是液压挖掘机的两项比较有效的节能方案。第三章从燃油消耗、装机功率和系统实现三方面，对液压挖掘机的串联和并联混合动力系统进行了仿真对比，并对油耗和装机功率等指标进行了综合评价。仿真结果表明，并联式混合动力系统中发动机的油耗和各元件装机功率等方面的参数指标均优于串联式系统。第四章研究了以电容器作为主要储能元件的液压挖掘机并联式混合动力系统的定工作点控制策略。以液压挖掘机动臂液压缸作为模拟对象，开展了电容器储能并联式混合动力系统基于定工作点控制的模拟试验研究。在此基础上，提出了双工作点控制方案，并对该方案进行了试验研究。第五章建立了液压马达能量回收系统的数学模型，分析了液压马达能量回收对系统动态响应的影响及改善措施。在并联式混合动力液压挖掘机的仿真模型的基础上，扩展了变量液压马达和定量液压马达能量回收系统，对可回收能量、燃油消耗和装机功率进行了仿真计算和对比分析，提出了以变量液压马达作为回收元件的系统方案。建立了液压马达能量回收试验台，分别从能量回收性能和操控性能两方面对液压马达能量回收进行了试验研究。第六章提出了基于并联混合动力驱动和液压马达能量回收的全液压驱动的四泵方案和电动机直接驱动回转的三泵方案，并从系统的耗油量、耗油率、发动机的功率、发电／电动机的功率、回收发电机的功率、回转电动机的功率、电容器的充放电峰值功率、能量交换和SOC等方面对两种方案进行了分析研究及综合比较。在此基础上，提出了基于能量流程最短原则的机械能合流方案。仿真研究结果表明，该方案在所提出的所有方案中综合性能指标最好。第七章概括了论文的主要研究工作和成果，并展望了今后的研究工作和方向。6.期刊论文张彦廷.王庆丰.肖清.ZHANGYanting.WANGQingfeng.XIAOQing混合动力液压挖掘机液压马达能量回收的仿真及试验-机械工程学报2007,43(8)针对混合动力挖掘机提出利用液压马达对液压执行元件的回油进行能量回收的节能方案.建立液压挖掘机能量回收的仿真模型,对各执行元件的可回收能量所占比重和系统的节能效果进行仿真计算.搭建混合动力液压马达能量回收试验台,进行能量回收过程中的能量转化效率和操控性能的试验研究.试验和仿真结果表明,在混合动力液压挖掘机系统中采用马达能量回收和发电机转速控制执行元件运动速度的节能方案是可行的.7.学位论文肖清液压挖掘机混合动力系统的控制策略与参数匹配研究2008液压挖掘机是一种用量大、能耗高、排放差的工程机械，因此研究液压挖掘机的节能在当前社会能源紧缺和环境恶化问题日趋严重的情况下具有重要的现实意义。并且作为一种典型的工程机械，液压挖掘机的节能研究将为同类型的其它工程机械相关问题的解决提供借鉴。在液压挖掘机上，全部的排放以及很大部分能量转换效率低的环节都在其动力系统，因此对其节能的研究主要应集中于其动力系统。影响动力系统效率的主要因素有动力系统的结构、参数优化匹配以及控制策略。论文通过对液压挖掘机进行能耗分析，提出了相应的节能方法，确立了其混合动力驱动结构，并根据液压挖掘机的工况制定了相应的控制策略，对动力系统进行了参数匹配研究，在此基础上提出了液压挖掘机混合动力系统的设计规程。论文为进一步研究高效节能的液压挖掘机动力系统提供了一定的理论和实验依据。各章内容分述如下：第一章论述了在当前能源紧缺、环境恶化的情况下研究液压挖掘机动力系统的控制与匹配的重要意义。介绍了对液压挖掘机动力系统进行控制与匹配研究的发展概况；分析比较了各种动力系统控制与匹配方法的特点；在此基础上，提出了液压挖掘机采用混合动力系统的驱动方案，介绍了液压挖掘机混合动力系统控制与匹配的研究现状；提出了本课题的研究内容及论文的研究工作。第二章分析了液压挖掘机的结构组成，建立了液压挖掘机的仿真模型。基于仿真模型及液压挖掘机工作中的实测数据，分