混合动力液压挖掘机的建模及节能控制研究

【摘要】：以液压挖掘机为代表的工程机械由于用量大、油耗高、排放差,已逐渐成为节能研究的主要对象之一。通过改进发动机和液压系统的性能已经很难进一步大幅度提高挖掘机的节能效果,而针对发动机与负载的功率匹配,仍有较大的提升空间,但又受现有动力系统结构的限制。混合动力技术在汽车上的成功应用为传统液压挖掘机的功率匹配节能研究提供了新的思路。本论文主要研究采用混合动力驱动系统来改善发动机工作点分布的方法和理论,并通过仿真实验进行了验证。 本论文首先对单斗液压挖掘机的总体结构及工作原理进行介绍,并通过比较分析目前已有的三种混合动力驱动系统结构形式：串联式、并联式和混联式的优缺点,确定采用并联式混合动力系统。 混合动力系统结构确定后,通过液压挖掘机各作业工况分析,在满足负载功率需求前提下,对动力总成各部件分别进行了选型和参数优化匹配。 随后本文重点就混合动力系统中发动机和电动机之间的能量分配控制策略进行了研究。对用于并联式混合动力汽车上的模糊控制策略进行分析并加以改进。为了比较模糊控制策略的节能效果,本文设计了以瞬时等效油耗最低为控制目标的瞬时优化控制策略。通过混合动力液压挖掘机模型仿真对比分析,在没有涉及取消怠速等节能环节的基础上,模糊控制策略和瞬时优化控制策略控制下的混合动力液压挖掘机分别比传统机型节能15%和20%左右。 【关键词】：液压挖掘机 混合动力 节能 Simulink 瞬时优化控制
【学位授予单位】：东北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TU621
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 课题研究的背景和意义10
• 1.2 液压挖掘机能耗分析及节能研究现状10-13
• 1.2.1 液压挖掘机能耗分析10-12
• 1.2.2 液压挖掘机节能研究现状12-13
• 1.3 混合动力技术研究现状13-15
• 1.3.1 汽车领域混合动力技术的应用研究现状14-15
• 1.3.2 工程机械领域混合动力技术研究现状15
• 1.4 本文主要研究内容15-18
• 第2章 混合动力挖掘机驱动机构分析18-24
• 2.1 单斗液压挖掘机总体结构18-19
• 2.2 液压挖掘机混合动力驱动结构及工作原理19-24
• 2.2.1 混合动力系统结构19-20
• 2.2.2 混合动力系统工作原理20-21
• 2.2.3 混合动力挖掘机动力系统结构形式21-24
• 第3章 混合动力液压挖掘机动力系统建模24-36
• 3.1 液压挖掘机作业工况分析24-25
• 3.2 动力总成部件选型与参数匹配25-28
• 3.3 混合动力液压挖掘机主要部件建模28-33
• 3.3.1 发动机建模28-31
• 3.3.2 电动/发电机(ISG)建模31-33
• 3.4 超级电容的建模33-36
• 第4章 混合动力液压挖掘机控制策略研究36-60
• 4.1 混合动力液压挖掘机控制策略研究现状36-38
• 4.2 模糊逻辑控制策略38-47
• 4.2.1 模糊逻辑控制系统基础38-40
• 4.2.2 混合动力控制系统结构建立40
• 4.2.3 模糊控制器设计40-42
• 4.2.4 混合动力系统模糊控制器的输入模糊化输出清晰化42-44
• 4.2.5 混合动力系统模糊控制器控制规则的确定44-45
• 4.2.6 混合动力系统模糊控制器的模糊推理方式45-46
• 4.2.7 混合动力系统模糊控制器仿真模型建立46-47
• 4.3 瞬时优化控制策略47-60
• 4.3.1 典型工作模式的能量流动和效率分析47-50
• 4.3.2 瞬时优化控制算法目标函数的建立50-58
• 4.3.3 瞬时优化控制算法的建模58-60
• 第5章 混合动力液压挖掘机仿真研究60-68
• 5.1 并联式混合动力系统整体模型60-61
• 5.2 混合动力系统控制策略仿真实验及结果分析61-68
• 5.2.1 瞬时优化控制与模糊控制仿真实验研究61-68
• 第6章 总结与展望68-70
• 6.1 论文总结68
• 6.2 论文展望68-70
• 参考文献70-74
• 致谢74

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