串联式混合动力装载机能量管理及其回收技术研究

发布时间：2017-05-10 00:03

  本文关键词：串联式混合动力装载机能量管理及其回收技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着现代工业的蓬勃发展，石油需求量猛增而其存量日益紧张，且环境恶化问题也日益威胁人类身体健康，而装载机作为一种常见的工程机械装备，其用量大、能耗高，此时研究其节能技术有着重要的现实意义，，也为进一步研究其它同类工程机械装备提供了一定的理论和实验基础。传统装载机方案中存在发动机工作效率低、传动系统能量耗损大、制动能量无法回收等问题，针对以上问题，并考虑改造成本与实用性，论文采用串联式油电混合动力系统方案，利用模糊逻辑控制策略完成能量管理与能量回收，使装载机系统能够高效稳定运行且取得较好的节能效果。 论文主要研究内容及相关结论如下： 1、提出串联式混合动力装载机系统方案。分析装载机的铲装工况特点，具体研究造成传统装载机能耗高、效率低的原因，并据此提出串联式混合动力装载机系统方案，目标是使发动机高效平稳运行，提高传动系统效率，且能对工作过程中的可再生能量进行回收，同时完成串联式混合动力装载机系统中关键元件的参数匹配与数学建模。 2、提出串联式混合动力装载机能量管理控制策略。论述模糊逻辑控制算法和动态规划算法的基本原理，研究模糊逻辑控制策略和动态规划算法在串联混合动力装载机系统上的应用，以动态规划算法求得的全局最优解为基准，对模糊逻辑控制算法节能效果进行评价。实验与计算结果表明，串联式混合动力装载机系统中，采用模糊逻辑控制策略相比传统装载机可节油13.28%。利用动态规划算法求解获得的全局最小燃油消耗值，理论上可比传统装载机低16.88%。 3、装载机制动能量回收控制算法研究。分析装载机制动模式的种类以及刹车时车轮的受力状况，采用模糊逻辑控制算法解决制动能量回收中机械制动和电机回馈制动的比例分配问题。仿真结果表明，串联混合动力装载机系统中采用能量回收控制算法可比传统装载机系统节油15.65%。 4、搭建串联式混合动力装载机试验台和Matlab/Simulink仿真模块。论文共进行二组实验和二组仿真：针对传统装载机的台架试验；针对串联混合动力装载机系统模糊逻辑控制策略的台架试验和仿真分析；在验证仿真模型和控制算法合理的基础上，针对串联混合动力装载机能量回收的仿真分析。 仿真和实验表明，串联式混合动力装载机方案可以使发动机高效稳定工作；模糊逻辑能量管理控制策略是一种实用的在线能量管理方法，可有效提高装载机的燃油经济性；模糊逻辑控制算法可以完成对制动力矩的合理分配，通过电机回馈制动完成制动能量回收，进一步提高了装载机系统的燃油经济性。
【关键词】：装载机 串联式混合动力 控制策略 能量回收 动态规划 模糊逻辑
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH243
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-17
• 1.1 课题研究的意义11
• 1.2 国外混合动力装载机研究现状11-13
• 1.3 国内混合动力装载机研究现状13-15
• 1.4 章节内容安排15
• 1.5 本章小结15-17
• 第2章 装载机工况特征分析及系统方案设计17-25
• 2.1 传统装载机结构形式与工况特点17-19
• 2.1.1 整机结构形式17-18
• 2.1.2 整机工况分析18-19
• 2.2 传统装载机能量损失分析19-23
• 2.2.1 液力变矩器传动效率分析19
• 2.2.2 发动机功率损失分析19-21
• 2.2.3 装载机可回收能量分析21-23
• 2.3 装载机系统方案设计23-24
• 2.3.1 串联混合动力装载机方案23-24
• 2.3.2 串联式混合动力系统方案特点24
• 2.4 本章小结24-25
• 第3章 串联混合动力装载机参数匹配与系统建模25-37
• 3.1 串联混合动力装载机系统参数匹配25-27
• 3.1.1 发动机参数匹配25-26
• 3.1.2 发电机/电动机参数匹配26
• 3.1.3 超级电容的参数匹配26-27
• 3.2 串联混合动力装载机系统建模27-35
• 3.2.1 发动机数学模型27-28
• 3.2.2 电动机、发电机数学模型28-30
• 3.2.3 超级电容数学模型30-31
• 3.2.4 液压系统数学模型31-32
• 3.2.5 传动系统数学模型32
• 3.2.6 整车动力学模型32-35
• 3.3 本章小结35-37
• 第4章 串联混合动力装载机能量管理研究37-47
• 4.1 串联混合动力系统控制策略概述37
• 4.2 模糊逻辑控制策略37-41
• 4.2.1 模糊逻辑控制算法简介37-38
• 4.2.2 模糊逻辑控制器设计38-41
• 4.3 动态规划算法41-46
• 4.3.1 动态规划算法简介41-42
• 4.3.2 系统目标函数与约束方程42-43
• 4.3.3 动态规划算法应用43-45
• 4.3.4 动态规划算法求解45-46
• 4.4 本章小结46-47
• 第5章 混合动力装载机制动能量回收算法研究47-55
• 5.1 装载机制动能量回收分析47-48
• 5.1.1 装载机制动模式分类47
• 5.1.2 装载机制动能量回收策略47-48
• 5.2 装载机制动力矩分配48-54
• 5.2.1 装载机制动时车轮受力分析48-49
• 5.2.2 装载机制动力分配规则设计49-54
• 5.3 本章小结54-55
• 第6章 台架实验与 Matlab/Simulink 仿真55-71
• 6.1 实验平台软硬件搭建55-59
• 6.1.1 实验平台硬件搭建55-57
• 6.1.2 实验平台软件搭建57-59
• 6.2 实验和仿真方案设计59
• 6.3 实验与仿真结果59-68
• 6.3.1 试验台平台调试59-61
• 6.3.2 传统装载机台架实验61-62
• 6.3.3 串联混合动力装载机模糊逻辑控制策略仿真62-64
• 6.3.4 串联混合动力装载机模糊逻辑控制策略台架实验64-65
• 6.3.5 串联混合动力装载机能量回收策略仿真65-67
• 6.3.6 综合油耗对比曲线67-68
• 6.4 结果分析及结论68
• 6.5 本章小结68-71
• 第7章 总结与展望71-73
• 7.1 工作总结71
• 7.2 工作展望71-73
• 作者简介73-75
• 致谢75-76
• 参考文献76-79

【参考文献】

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本文编号：353558