基于遗传算法的混合动力集装箱装载机控制策略研究

发布时间：2017-10-18 16:11

  本文关键词：基于遗传算法的混合动力集装箱装载机控制策略研究

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【摘要】：集装箱装载机是航空货物运输业不可或缺的专用工程机械,为了改善传统装载机的燃油经济性及排放,将混合动力技术应用到装载机中。如何制定合理的控制策略,使混合动力集装箱装载机在任意载荷、蓄电池SOC(State Of Charge)和温度下,发动机和电机均工作在高效率区域,蓄电池SOC保持在合理的范围内。具有重要的理论意义和应用价值,本文的主要研究内容如下:①建立了混合动力装载机液压系统模型、发动机数值模型、电动机/发电机效率模型、蓄电池充放电模型和蓄电池温升模型,以及燃油经济性仿真模型。②提出了混合动力集装箱装载机的遗传算法优化控制策略。该策略以充电转矩界限、放电转矩界限、电机充电转矩、电机放电转矩、高、低负荷时发动机转速、蓄电池高荷电状态(SOC)门限值作为优化控制参数。将装载机循环工况等效燃油消耗最低和蓄电池SOC维持平衡作为优化目标。分别对装载机在不同载荷(1/5、2/5、3/5、4/5和满载),不同蓄电池初始温度(10℃~30℃)和蓄电池初始SOC(0.6~0.8)条件下进行仿真,获得经过遗传算法优化的控制参数。针对蓄电池SOC低于最佳目标值的情况,提出基于遗传算法的充电控制策略。该策略以混合动力装载机循环工况等效燃油消耗最低,且保证蓄电池SOC上升到其最佳范围内的目标值为目标函数,仿真表明:工况结束时蓄电池SOC上升到最佳范围内的目标值,且蓄电池充放电电流在1C以内,满足蓄电池的控制要求。③研究了动态规划全局优化的装载机控制策略,仿真结果表明:在满载和不同蓄电池初始SOC下,基于遗传算法的控制策略与动态规划全局优化的仿真结果很接近。④根据遗传算法在不同载荷、蓄电池初始SOC和温度下所获得的装载机最优控制参数,利用响应面方法建立了控制参数的多维响应面模型。仿真表明:在任意载荷、蓄电池温度和初始SOC下,混合动力装载机燃油经济性节油显著,蓄电池保持荷电平衡,蓄电池温升保持在合理范围之内。为了验证基于响应面模型的混合动力装载机控制策略的有效性,与基于遗传算法的控制策略、动态规划全局优化控制策略和传统装载机油耗进行了对比。
【关键词】：混合动力系统 集装箱装载机 遗传算法 响应面 动态规划
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V351.3
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-8
• 1 绪论8-16
• 1.1 集装箱装载机混合动力技术的研究背景及意义8
• 1.2 国内外混合动力工程机械的研究现状8-10
• 1.2.1 国内混合动力工程机械研究现状8-9
• 1.2.2 国外混合动力工程机械研究现状9-10
• 1.3 混合动力汽车和工程机械控制策略的研究现状10-14
• 1.4 本文研究目的及内容14-16
• 1.4.1 本文研究的目的14
• 1.4.2 本文研究的主要内容14-16
• 2 混合动力集装箱装载机动力系统建模16-30
• 2.1 混合动力集装箱装载机动力传动系统结构16-18
• 2.2 混合动力集装箱装载机动力部件数学模型18-27
• 2.2.1 液压系统模型18-21
• 2.2.2 发动机数学模型21-22
• 2.2.3 电动机/发电机数学模型22-23
• 2.2.4 蓄电池数学模型23-27
• 2.3 混合动力装载机运行工况分析27-29
• 2.4 本章小结29-30
• 3 基于遗传算法的混合动力装载机控制策略参数优化30-56
• 3.1 遗传算法的基本原理30-31
• 3.2 遗传算法优化模型的建立31-37
• 3.2.1 基于规则的控制策略32-33
• 3.2.2 遗传算法的优化变量33-37
• 3.3 基于遗传算法的无能量回收装载机燃油经济性仿真37-40
• 3.4 混合动力装载机动态规划全局优化控制策略40-46
• 3.4.1 动态规划原理40-42
• 3.4.2 混合动力装载机动态规划全局优化数学模型42-43
• 3.4.3 全局优化求解过程43-44
• 3.4.4 基于动态规划的无能量回收装载机燃油经济性仿真44-46
• 3.5 基于遗传算法的带能量回收集装箱装载机燃油经济性仿真46-50
• 3.6 基于遗传算法的混合动力装载机充电控制策略50-55
• 3.6.1 基于遗传算法的装载机充电控制策略50-53
• 3.6.2 动态规划全局优化充电控制策略53-55
• 3.7 本章小结55-56
• 4 混合动力集装箱装载机控制参数响应面模型56-70
• 4.1 响应面模型的建立56-64
• 4.1.1 响应面原理56-57
• 4.1.2 全因子设计57-61
• 4.1.3 装载机控制策略参数的响应面模型61-64
• 4.2 基于响应面控制参数模型的混合动力装载机经济性仿真64-67
• 4.3 基于响应面控制参数模型的混合动力装载机燃油经济性仿真结果67-68
• 4.4 本章小结68-70
• 5 结论及展望70-72
• 5.1 全文总结70-71
• 5.2 研究展望71-72
• 致谢72-74
• 参考文献74-78
• 附录78

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 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[J];机械工程学报;2007年08期

2 马宪亭;张福来;;液压系统中压力损失的分析与计算[J];煤矿机械;2009年09期

3 赵万忠;徐晓宏;王春燕;;电动轮汽车差速助力转向多学科协同优化[J];中国科学:技术科学;2012年12期

4 邓元望;陈可亮;鄂加强;;基于模拟退火粒子群算法的混合动力车参数优化[J];汽车工程;2012年07期

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中国硕士学位论文全文数据库 前3条

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3 徐知恩;混合动力集装箱装载机控制策略研究[D];重庆大学;2013年

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本文编号：1055885