电传动推土机的能量管理控制策略研究及优化

作     者：宁源源 

作者单位：长安大学 

学位级别：硕士

导师姓名：赵勇

授予年度：2018年

学科分类：08[工学] 0802[工学-机械工程] 

主      题：电传动 推土机 能量管理策略 模糊控制 遗传算法 燃油经济性 

摘      要：随着我国经济的快速发展,工程机械车辆在城市基础设施的发展中扮演着越来越重要的的角色。但与此同时,环境和能源问题带来的问题也随之变成亟待解决的问题。推土机作为国家基础设施建设的重要装备,其特点是工作环境复杂多变,场地条件恶劣,负荷随作业工况波动范围较大、频度较高,另外对驾驶员的操作技术要求很高。整个作业过程中推土机生产效率较低,排放较大,系统故障复杂,这些缺点已然不能满足经济发展的需求了,因此新型节能推土机便是未来工程机械的发展趋势。电传动作为目前被认为最可靠的节能减排技术被应用于推土机上是解决燃油经济性的最佳途径。针对工程机械的特殊结构开发设计有针对性及合理化的控制策略是提高推土机燃油经济性的关键所在。本文是以山推SD24E型履带推土机为研究基础,开发设计了电传动推土机的MATLAB/simulink模型,以推土机的燃油经济性为目的,深入研究了电传动推土机能量管理策略。本文主要研究内容如下:(1)通过对电传动履带车辆的分析研究,选择适合于电传动推土机的结构形式,并确定相应的结构参数。根据推土机综合作业工况,分析电传动推土机的工作模式。(2)通过对电传动车辆的建模分析,决定采用后向式仿真建模方法并利用理论建模与实验数据建模相结合的方法,基于MATLAB/simulink平台建立发动机、发电机、超级电容、电机及转速控制策略等模型,采用简化的方法建立电传动推土机动力学模型及附件模型。(3)通过分析模糊控制理论基础及电传动推土机的整机模型,从而确定了以超级电容和整机需求功率作为模糊输入,发动机目标功率作为模糊输出的控制器模型。通过模糊化与清晰化处理输入输出输出参数,确定出隶属函数类型及论域,并根据整个循环作业工况制定合理的模糊规则库。最后,依照模糊工具箱的特点完成模糊逻辑的建立,并在simulink中建立模糊控制能量管理模型。最后仿真分析对比了基于规则的能量管理策略。(4)由于模糊控制器中不论是隶属度函数的选取还是规则库的设计都比较依赖于主观经验,通常无法达到最优控制,因此采用遗传算法去更进一步的优化模糊控制器,从而达到更好地控制效果。通过对约束条件的确定及目标函数的算法程序的设计完成对模糊控制器隶属度函数的优化,通过优化发现较模糊控制而言整车的燃油经济性得到进一步提高,发动机的工作点的分布更加合理化。