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1、J o u r n a lo fZ h e j i a n gU n i v e r s i t yS C I E N C E AI S S N1 6 7 3 - 5 6 5 X ( P r i n t ) ;I S S N1 8 6 2 ·1 7 7 5 ( O n l i n e )w w w .z j u .e d u .c n 位u s ;w v c w .s p d n g e r i i n k .c o mE —
2、m a i l :j z u s @ z j u .e d u .∞L i ne ta 1 ./JZ h e j i a n g U n i vS c i A2 0 0 8 9 f 5 J :6 2 4 - 6 3 21 —、 ‘s i m u l a t i o na n d , p t i m a l c o n t r o ls t r a t e g y D y n a m i cu l a t i o na n o p t i
3、 m a l c o n t r o ls t r a t e C yf o r a p a r a l l e lh y b r i d h y d r a u l i c e x c a v a t o r ★X i a o L I N t ,S h u a n g .x i a P A N ,D o n g .y u n W A N G( S t a t eK e y L a b o r a t o r y o f F l u i
4、 d P o w e r T r a n s m i s s i o na n d C o n t r o l , Z h e j i a n g U n i v e r s 咖H a n g z h o u 3 1 0 0 2 LC h i n a )’E .m a i l :l i n x i a o l 2 @ 1 6 3 .c o mR e c e i v e d O c t .1 6 ,2 0 0 7 ;r e v i s i
5、 o na c c e p t e d J a n .2 8 ,2 0 0 8 ;p u b l i s h e d o n l i n e A p r .15 ,2 0 0 8?!魏?廁 ;= ;宣蔫苗篇罱 船m 蕊A b s t r a c t :T h e p r i m a r yf o c u s o f t h i ss t u d y i s t o i n v e s t i g a t e t h e c o n t
6、r o l s t r a t e g i e so f a h y b r i d s y s t e m u s e di nh y d r a u l i c e x c a v a t o r s .F i r s t .t h e s t r u c t u r ea n d e v a l u a t i o n t a r g e to f h y b r i dh y d r a u l i c e x c a v a
7、t o r sa r ea n a l y z e d .T l l e nt h ed y n a m i cs y s t e mm o d e li n c l u d i n gb a t t e r i e s .m o t o ra n d e n g i n ei sb u i l ta s t h es i m u l a t i o ne n v i r o n m e n tt oo b t a i n c o n
8、t r o l r e s u l t s .A s o - c a l l e dm u l t i - w o r k - p o i n td y n a m i cc o n t r o l s t r a t e g y , w h i c hh a s b o t hc l o s e d —l o o ps p e e dP I ( p r o p o r t i o ni n t e g r a l ) c o n t
9、r o la n d d i r e c tt o r q u e c o n t r o l ,i sp r o p o s e da n ds t u d i e d i nt h es i m u l a t i o n m o d e l .S i m u l a t i o nr e s u l t si n d i c a t e t h a tt h e h y b r i ds y s t e m w i t ht h
10、i ss t r a t e g yc a n m e e t t h ep o w e r d e m a n da n d a c h i e v e b e a e r s y s t e m s t a b i l i t ya n d h i g h e r f u e le f f i c i e n c y .K e y w o r d s :H y b r i d s y s t e m ,H y d r a u l i
11、 ce x c a v a t o r , M u l t i - w o r k - p o i n t d y n a m i cc o n t r o l ,D i r e c t t o r q u ec o n t r o ld o i :1 0 .1 6 3 1 0 z u s .A 0 7 1 5 5 2 D o c u m e n t c o d e :A C L C n u m b e r :T H l 3 7I N
12、T R O D U C T I o NT h ed e s i r et o i m p r o v et h e f u e l e f f i c i e n c y a n de m i s s i o n s h a sg i v e nr i s e t ot h ea d v e n t o f m o r e h y b r i de l e c t r i c v e h i c l e s ( H E V s ) .F
13、 u r t h e r m o r e ,ac o n s i d e r a b l ea m o u n t o f r e s e a r c hh a sb e e n d o n e o nh y b r i ds y s t e m sd u r i n g t h e p a s t f i v e y e a r s ( S c h o u t e ne t a 1 .。2 0 0 2 ;Z h a n ge ta 1
14、 ..2 0 0 4 ;Z h uP fa 1 ..2 0 0 4 ;2 0 0 6 ;G a oa n dE h s a n i ,2 0 0 6 ) .H o w e v e r , t h e s es t u d i e sd o n o t p r o v i d em u c h a t t e n t i o nt ot h eh y b r i dc o n s t r u c t i o nm a c h i n e
15、r y ,e s p e c i a l l y t oh y b r i d h y r d r a u l i ce x c a v a t o r s .T h e r e a l t e s ta n d l i t e r a t u r ed a t af G a o e t a 1 .,2 0 0 1 )i n d i c a t et h a tt h er e q u i r e de n e r g yo fh y
16、d r a u l i ce x c a —v a t o r sv a r i e si n s h o r t .r a n g ep e r i o d i c i t ya n d f l u c t u a t e st e m p e s t u o u s l y , t h u st h ee n g i n ec a n n o tb em a i n t a i n e di n i t s h i g h f u
17、e le f f i c i e n c y r a n g e .S oh y d r a u l i ce x c a -v a t o r se q u i p p e dw i t hh y b r i ds y s t e m ss h o u l db es t u d -i e d i no r d e r t os a v ee n e r g ya n d i m p r o v e e m i s s i o n s
18、 .U s u a l l y , ah y b r i ds y s t e mi s p r o p e l l e db va ni n —t e r n a l c o m b u s t i o n e n g i n e w i t h a n e l e c t r i c m o t o r /g e n e r a t o ri n s e r i e s o rp a r a l l e l .T h ee n g
19、i n ep r o v i d e s’P r o j e c t ( N o .2 0 0 6 C 1 1 1 4 8 ) s u p p o r t e db y t h eS c i e n c e a n d T e c h n o l o g yP r o j e c to f Z h e j i a n gP r o v i n c e ,C h i n at h eb a s e p o w e r , w h i l
20、et h em o t o ro f f e r st h e f l u c t u a n tp o w e r , w h i c h i n c r e a s e st h es y s t e m ’ss t a b i l i t ya n d f u e le t l i c i e n c y b yr e g e n e r a t i n ge n e r g ya n d s t o n n g e x c e
21、s se n e r g yf r o m t h ee n g i n e .D u et o t h ed i f r e r e n tl o a dd e m a n d s b e t w e e nt h eh y d r a u l i c e x c a v a t o r a n d t h e v e h i c l e ,t h e p o p u l a rc o n t r o l s t r a t e g
22、i e s u s e d i n H E V sc a n n o t b es i m p l ya p p l i e d t o h y d r a u l i c e x c a v a t o r s .I t i s i m p o r t a n tt op r o p o s en e w c o n t r o ls t r a t e g i e s ,w h i c ha r es u i t a b l ef
23、o rh y d r a u l i c e x c a v a t o r s .R e c e n t l y , r e s e a r c h o n t h es t r u c t u r e ,c o n t r o ls t r a t e g ya n d e n e 唱ym a n a g e m e n to fh y b r i ds y s t e mi nh y d r a u l i ce x c a v
24、a t o r sh a sb e e n c a r -r i e do u t ( K a g o s h i m ae ta 1 .,2 0 0 3 ;T a k a oe ta 1 .,2 0 0 4 ;W a n g e ta 1 .,2 0 0 5 ;X i a oe ta 1 .,2 0 0 7 ) .K a g o s h i m ae ta 1 .( 2 0 0 3 ) a n dT a k a oe ta 1 .(
25、2 0 0 4 ) s h o w e do n e t y p eo fh y b r i d h y d r a u l i c e x c a v a t o r s e q u i p p e d w i t h s e r i e sc o n f i g u r a t i o n ,b yw h i c ht h e e x c a v a t o r sh a v eg o o d向e lc o n s u m p t
26、i o n .a(chǎn) b o u t4 0 %~5 l %e n e r g y s a v i n ga ta l l w o r k i n gc o n d i t i o n s .H o w e v e r , t h e yo n l y d e v e l .o p e das i n g l e - - w o r k - - p o i n tc o n t r o ls t r a t e g y , w h i c h
27、m a yb es u i t a b l ef o rt h e i rc o n f i g u r a t i o n s ,b u t i sd i f f i c u l tf o ro b t a i n i n g o p t i m a l r e s u l t s .F u r t h e r m o r e .t h e s i n -g l e —w o r I 【- p o i n tc o n t r o l
28、 s t r a t e :g Y c a n n o tm e e tt h er e -q u i r e m e n t s a ta l lk i n d so f w o r k i n g c o n d i t i o n s .W a n g萬方數(shù)據(jù)6 2 6S Y S T E M M O D E L I N GL /ne ta 1 ./dZ h e j i a n gU n i v S c i A2 0 0 8 9 f
29、 5 J :6 2 4 - 6 3 2I no r d e rt o c a l :} t u r e t h ef u l le f f e c t so f t h eh y b r i dp r o p u l s i o ns y s t e mo nt h eh y d r a u l i c e x c a v a t o r , a h y —b r i d h y d r a u l i c e x c a v a t
30、o rm o d e l ,m a i n l ya b o u t t h ep o w e r c o m p o n e n t s 。i Su t i l i z e df o rs i m u l a t i o n ( H ea n dH o d g s o n ,2 0 0 2 ;B o g o s y a n e ta 1 .,2 0 0 7 ) .A l t h o u g ht h ep r i n c i p l
31、eo fm o d e l i n g w o r k u s e di nh y b r i dh y d r a u l i ce x c a v a t o r si S v e r ym u c h i n l i n ew i t h t h a t O fH E Ve s p e c i a l l yf o rm o t o rm o d e l i n ga n de n g i n em o d e l i n g ,
32、t h e r ea r ef o l l o w i n g t h r e em a j o r d i f f e r e n c e s :( 1 ) T h e p a r a m e t e r so f m o t o r /e n g i n e /b a t t e r i e sa r en o t t h es a m e d u e t ot h ed i f f e r e n t s y s t e mr e
33、 q u i r e m e n t s .( 2 ) T h el o a dm o d e l i s d i f f e r e n t .I nh y b r i d h y .d r a u l i ce x c a v a t o r s ,t h e r e q u i r e dt o r q u eo f t h e p u m p ,w h i c h i S o b t a i n e df r o m t h e
34、p r a c t i c a lo p e r a t i o n .f l u c .m a t e sp e r i o d i c a l l ya n d t e m p e s t u o u s l y .( 3 ) T h ec o n t r o ls t r a t e g i e s ,w h i c ha r es u i t a b l ef o rh y b r i dh y d r a u l i ce x
35、 c a v a t o r s ,a r eu n i q u ea c c o r d i n gt ot h ew o r k i n g c o n d i t i o n o f e x c a v a t o r s .T h em a j o rc o m p o n e n t so f t h eh y b r i dh y d r a u l i ce x c a v a t o r a r el i s t e d
36、 b e l o w :E x c a v a t o ro p e r a t i o n m a s s :4 5 10 k g ;S y s t e m m a x i m u m t o r q u e :1 5 2 N ·m :E n g i n e :Z N 4 8 5 Q ,4 一s t r o k e .4 一c y l i n d e r m a x i .m u m o u t p u tt o r q u
37、 e1 2 4 .8N ·ma t 18 6 0r /m i n ;M o t o r :c u s t o m .b u i l t p e r m a n e n tm a g n e t s y n .c h r o n o u sm o t o r ( P M S M ) ,r a t i n g p o w e r 15 .7 k W ,m a x i m u m t o r q u e15 0 N ·m
38、,r a t i n gs p e e d2 2 0 0r /m i n .r a t i n gv o l t a g e2 5 0 V ;B a t t e r i e s :Q Y V G16 ,m a x i m u mp o w e r1 9 .2 k W ,2 0 0 1 .2 - VN i - H b a t t e r i e sc o n n e c t e d i n s e r i e s .T h et e r
39、m i n a lv o l t a g ef o re a c hc e l li S 1 .2V a n d t h en o m i .n a lb a t t e r yp a c k t e r m i n a Iv o l t a g ei S2 4 0 VF i g .2 s h o w sa no v e r v i e wo f t h e m o d e l f o rt h ep a r a l l e lh y
40、b r i dh y d r a u l i ce x c a v a t o rs y s t e md e s c r i b e da b o v e .S o m e e l e m e n t so f t h i sm o d e l a r e t a k e nf r o mp r e v i o u s w o r kw h i l eo t h e r s a r ed e v e l o p e df r o mt
41、 h eb a s i cp r i n c i p l e ,a sn e c e s s a r y .I na d d i t i o n ,t h i sp a p e rm a i n l y f o c u s e s o n p o w e rs p l i t b e t w e e nt h e p o w e rs o u r c e c o m p o n e n t s .T h u s ,t h ep u m
42、p d a t a f r o mt h ee x p e r i m e n t i S s e l e c t e da st h e l o a d m o d e l .w h i c h i Sm o r e a u t h e n t i ct h a nt h a tf r o m t h es i m u l a t i o n .E n g i n em o d e l i n gT h e s t e a d y —
43、s t a t ee f f i c i e n c ym a p i ss e l e c t e da st h ep r i n c i p l et os i m u l a t et h ee n g i n e .T h et o r q u ep r o d u c —t i o na n dt h e f u e le f f i c i e n c y m a p a r ec h o s e n t o d e a
44、lw i t h t h em o d e l i n g o f t h ee n g i n e .T h e e x t e r i o r r e l e v a n tf a c t o r s ,i .e .,e n g i n e ’S r o t o ri n e r t i a ,h a v e b e e nt a k e ni n t oc o n s i d e r a t i o n ,b u tt h ei
45、n t e r i o rr e l e v a n tf a c t o r si nt h e e n g i n e a r e o m i t t e d ( K a t r a s n i k ,2 0 0 7 ) .T h er e l e —v a n tc u r v e u s e d t ob u i l dt h ee n g i n em o d e l i ss h o w n i nF i g .3 .F i
46、 g .2 O v e r v i e wo ft h em o d e lf o rt h ep a r a l l e lh y b r i dh y d r a u l i c e x c a v a t o r s y s t e mS p e e d ( r /n l i n )F i g .3 R e l e v a n ts t e a d y - s t a t ec u r v eo ft h ee n g i n e
47、 .Q s b ,Q I n ,Q s la n dQ I a r e r e s p e c t i v e l yh e a v i e rl o a d s l a v e ,m a s t e r ,l o w e rl o a ds l a v ea n di d l ew o r k i n g p o i n t s ;a ,b ,ca r et h eo p t i m a lw o r k i n g p o i n
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