混合動(dòng)力挖掘機(jī)能量管理系統(tǒng)研究.pdf

1、能量管理系統(tǒng)是混合動(dòng)力挖掘機(jī)的核心，能量管理策略的好壞直接影響著混合動(dòng)力系統(tǒng)的性能?；旌蟿?dòng)力挖掘機(jī)能量管理系統(tǒng)研究對(duì)提高系統(tǒng)燃油經(jīng)濟(jì)性以及降低排放有著重要的意義，同時(shí)該研究也為其他類型混合動(dòng)力工程機(jī)械提供了一定的參考和借鑒。
　　對(duì)于混合動(dòng)力挖掘機(jī)，電輔助驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、電回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)以及動(dòng)臂能量回收系統(tǒng)的加入，使原有的能量管理系統(tǒng)產(chǎn)生了很大的變化。因此，需要對(duì)混合動(dòng)力挖掘機(jī)能量管理系統(tǒng)進(jìn)行深入研究，開發(fā)合適的能量管理策略，進(jìn)而提高系統(tǒng)

2、燃油經(jīng)濟(jì)性。論文對(duì)混合動(dòng)力挖掘機(jī)的能量管理系統(tǒng)進(jìn)行了相關(guān)研冤，主要包括:通過(guò)對(duì)混合動(dòng)力挖掘機(jī)能量流的分析，得出混合動(dòng)力挖掘機(jī)能量管理策略的設(shè)計(jì)要求和要點(diǎn)。針對(duì)混合動(dòng)力挖掘機(jī)能量管理系統(tǒng)非線性、多輸入、多輸出、多條件約束的特點(diǎn)，從能量角度對(duì)混合動(dòng)力挖掘機(jī)能量系統(tǒng)進(jìn)行建模，并給出能量管理問(wèn)題的數(shù)學(xué)表達(dá)。應(yīng)用數(shù)值動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法求出離線最優(yōu)能量管理策略，并歸納最優(yōu)控制規(guī)律，輔助在線能量管理策略的開發(fā)。為了解決動(dòng)態(tài)規(guī)劃不能應(yīng)用于在線控制的問(wèn)題，應(yīng)用

3、極大值原理對(duì)能量管理問(wèn)題進(jìn)行解析求解，并在此基礎(chǔ)上提出帶在線更新、SOC反饋控制及能量回收補(bǔ)償?shù)脑诰€自適應(yīng)能量管理策略。針對(duì)挖掘機(jī)典型工況下循環(huán)往復(fù)周期性的特點(diǎn)，提出典型工況下的能量管理策略，進(jìn)一步提高系統(tǒng)燃油經(jīng)濟(jì)性。論文提出的混合動(dòng)力挖掘機(jī)能量管理策略，可以在保證儲(chǔ)能元件能量平衡的前提下，有效提高系統(tǒng)燃油經(jīng)濟(jì)性。
　　論文各章內(nèi)容如下:
　　第一章論述了在當(dāng)前節(jié)能減排大環(huán)境下，開展混合動(dòng)力挖掘機(jī)能量管理系統(tǒng)研究的重要意義;

4、概述了當(dāng)前國(guó)內(nèi)外對(duì)混合動(dòng)力系統(tǒng)能量管理策略的研究現(xiàn)狀;分析了混合動(dòng)力汽車能量管理系統(tǒng)的特點(diǎn)，介紹了國(guó)內(nèi)外混合動(dòng)力汽車能量管理策略的研究現(xiàn)狀;分析了混合動(dòng)力挖掘機(jī)能量管理系統(tǒng)的特點(diǎn)，介紹了國(guó)內(nèi)外混合動(dòng)力工程機(jī)械尤其是混合動(dòng)力挖掘機(jī)能量管理策略的研究現(xiàn)狀;闡述了挖掘機(jī)能量管理系統(tǒng)與汽車能量管理系統(tǒng)的差別，最后提出了本課題的研究?jī)?nèi)容。
　　第二章中通過(guò)對(duì)混合動(dòng)力挖掘機(jī)結(jié)構(gòu)類型及作業(yè)工況的研究，得出能量管理系統(tǒng)的特點(diǎn)及節(jié)能潛力。并在此基礎(chǔ)

5、上對(duì)混合動(dòng)力挖掘機(jī)的能量流進(jìn)行分析，歸納混合動(dòng)力挖掘機(jī)能量管理策略的設(shè)計(jì)目標(biāo)和要點(diǎn)。從能量角度對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行建模，給出能量管理問(wèn)題的數(shù)學(xué)表達(dá)，將其看作一個(gè)非線性的、有限時(shí)間域的、帶約束的最優(yōu)化問(wèn)題。
　　第三章對(duì)混合動(dòng)力挖掘機(jī)能量管理的動(dòng)態(tài)規(guī)劃研究。對(duì)第二章提出的能量管理問(wèn)題進(jìn)行了離散化處理，并對(duì)離散過(guò)程中的插值、離散間隔以及狀態(tài)約束等問(wèn)題進(jìn)行了討論。采用數(shù)值動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法對(duì)離散的能量管理問(wèn)題進(jìn)行求解。通過(guò)與傳統(tǒng)挖掘機(jī)對(duì)比，得出了混合動(dòng)

6、力挖掘機(jī)的節(jié)能機(jī)理，以及各環(huán)節(jié)的節(jié)能比例。通過(guò)與基于規(guī)則的能量管理策略對(duì)比，得出了離線最優(yōu)能量管理策略的一些控制規(guī)律。
　　第四章對(duì)在線能量管理策略進(jìn)行了研究。提出了一種在線自適應(yīng)能量管理策略，在該策略設(shè)計(jì)過(guò)程中，首先應(yīng)用極大值原理對(duì)簡(jiǎn)化的能量管理問(wèn)題進(jìn)行求解，根據(jù)求得的解析解歸納一般的控制規(guī)律;然后依次考慮電氣元件效率、能量回收以及狀態(tài)約束的影響，對(duì)得出的控制規(guī)律進(jìn)行修正;最后根據(jù)所得的控制規(guī)律開發(fā)在線能量管理策略。由于開發(fā)過(guò)程

7、中應(yīng)用了極大值原理最優(yōu)控制理論，因此該策略具有一定的理論依據(jù)，且能夠保證一定的最優(yōu)性。在該策略中對(duì)臨界值的控制包括三部分:根據(jù)挖掘機(jī)操作模式選擇相應(yīng)的初始臨界值，并根據(jù)負(fù)載的歷史信息對(duì)其進(jìn)行在線更新;根據(jù)SOC的狀態(tài)值對(duì)臨界值進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，以滿足系統(tǒng)的狀態(tài)約束要求;為了防止SOC在能量回收情況下劇烈變化，引入了能量回收補(bǔ)償控制。仿真和試驗(yàn)結(jié)果表明，該在線能量管理策略能夠有效提高混合動(dòng)力挖掘機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)也具有很強(qiáng)的工況適用性。

8、r>　　第五章對(duì)典型工況下的能量管理策略進(jìn)行了研究?；旌蟿?dòng)力挖掘機(jī)在典型工況下具有循環(huán)往復(fù)周期性操作的特點(diǎn)，可以利用此特點(diǎn)開發(fā)適用于特定工況的能量管理策略，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的燃油經(jīng)濟(jì)性。本章提出了基于強(qiáng)化學(xué)習(xí)的典型工況下的能量管理策略。將負(fù)載功率需求看作系統(tǒng)的隨機(jī)狀態(tài)變量，混合動(dòng)力挖掘機(jī)能量管理問(wèn)題被視為一個(gè)馬爾科夫決策過(guò)程。利用強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法求解馬爾科夫決策過(guò)程可以得到與時(shí)間無(wú)關(guān)的能量管理策略，因此所得的控制策略可以直接應(yīng)用于在線控制。仿

9、真和試驗(yàn)結(jié)果表明，提出的能量管理策略在典型工況下能夠得到比在線自適應(yīng)能量管理策略更好的燃油經(jīng)濟(jì)性。同時(shí)該策略也具有一定的工況適用性，可以應(yīng)用于同類作業(yè)任務(wù)下的各種工況。
　　第六章將能量管理與動(dòng)力系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)相結(jié)合，提出了一種基于能量管理的混合動(dòng)力挖掘機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。該方法能夠使動(dòng)力系統(tǒng)在元件成本和燃油消耗兩方面同時(shí)達(dá)到最優(yōu)。與僅考慮負(fù)載功率需求的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法相比，該方法綜合考慮了燃油經(jīng)濟(jì)性、元件成本、負(fù)載功率需求和作業(yè)工