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Dynamicsimulationandoptimalcontrolstrategyforaparallelhybridhydraulicexcavator作者：XiaoLIN，Shuang-xiaPAN，Dong-yunWANG作者单位：StateKeyLaboratoryofFluidPowerTransmissionandControl,ZhejiangUniversity,Hangzhou310027,China刊名：浙大学报（英文版）（A辑：应用物理和工程）英文刊名：JOURNALOFZHEJIANGUNIVERSITYSCIENCEA年，卷(期)：2008,9(5)被引用次数：1次参考文献(14条)1.BogosyanS.GokasanM.Goering,D.JAnovelmodelvalidationandestimationapproachforhybridserialelectricvehicles[外文期刊]2007(04)2.GaoE.GaoY.Feng,EEMethodofloadmatchingcontrolofhydraulicexcavator'senergysaving[期刊论文]-JournalofTongjiUniversity(NaturalScience)2001(09)3.GaoYM.Ehsani,MAtorqueandspeedcouplinghybriddrivetrain-architecture,controlandsimulation[外文期刊]2006(03)4.HeXL.Hodgson,J.WModelingandsimulationforhybridelectricvehicles-partⅠ:modeling2002(04)5.KagoshimaM.SoraT.Komiyama,MDevelopmentofHybridPowerTrainControlSystemforExcavator20036.Katrasnik,THybridizationofpowertrainanddownsizingofICengine-awaytoreducefuelconsumptionandpollutantemissions2007(05)7.Plett,G.LExtendedKalmanfilteringforbatterymanagementsystemsofLiPB-basedHEVbatterypacks2004(02)8.SchoutenNJ.SalmanMA.Kheir,N.AFuzzylogiccontrolforparallelhybridvehicles[外文期刊]2002(03)9.TakaoN.EtsujiroI.Masayuki,KPowersimulationforenergysavinginhybridexcavator2004(04)10.WangQF.ZhangYT.Xiao,QEvaluationforenergysavingeffectandsimulationresearchonenergysavingofhydraulicsysteminhybridconstructionmachinery[期刊论文]-ChineseJournalofMechanicalEngineering2005(12)11.XiaoQ.Wang,Q.E.Zhang,Y.TStudyonmodelingandcontrolstrategyofhybridsysteminhydraulicexcavator[期刊论文]-JournalofZhejiangUniversity(EngineeringScience)2007(03)12.ZhangH.ZhuY.TianG.ChenQChen,YOptimalenergymanagementstrategyforhybridelectricvehicles2004(03)13.ZhuY.ChenY.TianG.WuHChert,QAFour-StepMethodforDesigninganEnergyManagementStrategyforHybridVehicles200414.ZhuY.ChenY.WuZ.Wang,AOptimizationdesignofanenergymanagementstrategyforhybridelectricvehicles2006(01)引证文献(1条)1.林潇.管成.裴磊.潘双夏混合动力液压挖掘机动臂势能回收系统[期刊论文]-农业机械学报2009(4)本文链接：外文资料译文1外文资料译文浙江大学学报自然科学版ISSN1673-565X;SSN1862-1775并联混合动力液压挖掘机的动态仿真和优化控制策略【摘要】本文的重点是对用于液压挖掘机的一种混合系统的研究。首先，对混合动力液压挖掘机的结构和评价目标进行分析；其次建立包括蓄电池、电动机和发动机的动态系统模型作为仿真环境来获得控制的结果；然后提出了一种既具有闭环比例积分控制又具有直接转矩控制的所谓的多工作点动态控制策略，并且在仿真模型的基础上对该策略进行分析研究，最终仿真结果表明通过该控制策略控制的混合系统可以满足功率的要求，并且能够达到更好的系统稳定性和更高的效率。【关键词】混合系统液压挖掘机多工作点动态控制直接转矩控制简介：人们对提高燃料效率和减少排放的渴望促进了更多混合动力汽车的出现。此外，在过去的五年中有相当数量的研究都是关于混合动力系统的。然而，这些研究并没有对混合动力的工程机械加以重视，尤其是混合动力的液压挖掘机。实际的实验和文献数据表明液压挖掘机所要求的能量具有短的周期性和剧烈的波动性，因此发动机就不能持续的工作在它的高的燃油效率边界处，这样就必须对具有混合动力系统的液压挖掘机加以研究以节约能源和减少排放。通常，一个混合动力系统是由一个串联或者并联有一个电动机或发电机的内燃机来驱动的。发动机提供主要的能量，同时电动机提供可以通过再次产生或是存储来自发动机的额外的能量提高系统稳定性和燃油效率的波动性能量。由于在液压挖掘机和汽车之间负载的不同要求，这种应用于混合动力汽外文资料译文2车的控制策略不能简单的直接应用于液压挖掘机。这样提出一种新的适合液压挖掘机的混合动力控制方法就显得非常的重要了。近期，有关液压挖掘机混合动力系统的结构、控制策略和能量管理的研究已经在实施中。Kagoshimaeta1.(2003)和Takaoeta1.(2004)展示了一种装备有串联结构液压挖掘机，通过这种结构液压挖掘机具有更少的燃油消耗，在全工况下可以节省40%-50%的能量。然而，他们仅仅开发了一个单工作点的控制方法，这种方法很难获得最佳的效果。更重要的是这种单工作点控制策略不能够满足在所有工作状况下的要求。Wangeta1.(2005)和Xiaoeta1．(2007)提出了主要关于并联式混合动力液压挖掘机仿真的课题和对节省能量的评估。这种双工作点的控制策略也得到了分析，但是通过这种方法控制的发动机只有两种功率输出不能满足燃油高效性的要求。本文讨论了一种控制策略，就是所谓的多工作点动态控制方法，这种控制方法引入了四种工作方式，分别是空载模式、轻载模式、中载模式和重载模式，同时该方法还确定了个工作方式间相互转换的策略。仿真结果表明这种控制方法能够提高效率和稳定性。本文致力于提出一种混合动力的液压挖掘机的最优控制策略和能量分布方法。通过对液压挖掘机的工况进行分析，可以采用闭环速度比例积分法对其进行控制。但由于在只使用这种方法控制的系统中，系统的响应特性不能满足个模式之间转换或是特殊工作点对系统性能的要求，这样就需要加入直接转矩控制以改善系统性能。另一方面，通过对子系统工作数据的计算直接转矩控制将会被采用直到中心控制器发现特殊工况，否则闭环速度比例积分控制将会被采用。本文结构如下所述，第二节总体上描述了系统结构，包括混合动力系统的结构并探讨了怎样对系统性能进行评估。第三节致力于利用Matlab/Simulink组件讨论的系统模型,并对控制系统的结构进行分析。在第四节中提出了多工作点动态控制策略，同时在该节中对策略的控制效果进行了分析并提出了该策略需要进行的改进尤其是在工矿进行转换时。最后，第五节对本文进行了总结并提出了对本文的展望。外文资料译文3混合动力系统的结构和评估目标：考虑到系统的效率和成本，选用并行并行混合动力液压挖掘机作为我们的系统工程，如图1所示。该并行混合动力液压挖掘机不单单有一个发动机同时还有一个联接在最终传动轴上的电动机。这种配置使发动机和电动机可以以混合或者各自单独的方式向液压泵传递能量。同样电动机可以捕获发动机额外的能量。几年以前一个5吨的液压挖掘机已经在我们实验室制造成功。本课题的目的是制造一台5吨的混合动力的液压挖掘机。在混合动力液压挖掘机系统中，我们把重点放在燃油效率和于传统液压挖掘机相比有少的排放上边。更重要的是，图1我们应用Matlab/Simulink组建对所提出的控制策略和系统的动态响应特性进行仿真分析以确定在该系统控制下的发动机能否工作于其燃油高效边界上。并联混合动力液压挖掘机有一个发动机和一个电动机，发动机和电动机都通过联轴器联接在同一根轴上，以同样的速度运作。在忽略系统损耗的情况下负载转矩、电动机转矩和发动机转矩之间的平衡如等式（1）所示。换句话说，控制的目标就是合理的分配电动机和发动机的转矩，使Te保持不变并使Tm跟随Tl波动。Tl=Tm+TeTl为负载所需转矩，Te为电动机输出转矩，Tm为发动机的输出转矩系统模型建立：为了获得液压挖掘机在使用混合动力系统后所能达到的所有效果，可以利用混合动力液压挖掘机的模型主要是动力部分模型进行仿真。尽管，混合动力液压挖掘机建模工作的理论同混合动力汽车的建模是一致的，特别是在电动机和发动机建模方面，但这里仍有三点主要的不同点：（1）负载模型不相同。在混合动力液压挖掘机上，液压泵的输出转矩从实际的运行过程中获得，该转矩会周期性地或者剧烈地波动。外文资料译文4（2）由于挖掘机的工况，适合于混合动力液压挖掘机的控制策略是独一无二的。混合动力液压挖掘机的主要部件如下表所示：挖掘机运行重量：4510kg系统最大转矩：152N﹒m发动机：ZN485Q，四缸四冲程，在1860r/min时最大输出转矩124.8N﹒m。电动机：定制永磁同步电动机，额定功率15.7kw，最大转矩150N﹒m，额定转速2200r/min，额定电压250V蓄电池：QNFG16，最大功率19.2kw，2001.2VNi-H电池串联，每一单元的终端电压1.2V电池组名义终端电压240V。图2描述了上边所讲的混合动力液压挖掘机系统模型的概况。在模型中一些部分从先前建立的模型中获得，另外的一些根据需要，按照建模的基本原理建立起来的。此外，本文将重点放在了动力本分的分离上。因此，将从实验中获得的液压泵的数据作为负载模型，这些数据比从仿真中获得的数据更为真实。图2发动机建模：稳态效率曲线图作为发动机仿真的基本原则，扭矩生产和燃油效率曲线图被用来对发动机建模的处理。所有的外部有关的因素如发动机转子惯性都已经加如考虑，而省去了对一些相关的发动机的内部因素的考虑。用于建立发动机模型有关的曲线如图3所示。发动机模型主要用于以下用途：（1）燃料消耗率：燃料消耗率从发动机图3燃料消耗率曲线图获得，作为发动机转矩和速度的方程：外文资料译文5()_|(,),2efulratewmmT··=方程中_(,),efulratewmT·为燃料消耗率曲线图由发动机的转矩和转速确定。因此，耗油量可以使用如下所示的公式，将燃料消耗率的值代入式子中计算得出：()3mmdt·=ò（2）转矩曲线图，发动机的转矩可以有发动机的转矩曲线图推出。电动机建模：为了对电动机系统进行仿真，首先用如下所示的电动机电学方程和力学方