混合動(dòng)力履帶式割草機(jī)能量管理系統(tǒng)的建立

王彥誠(chéng) 趙明 劉樂(lè) 宋星亮 師毓 芶穎

摘 要：近年來(lái)隨著我國(guó)對(duì)新能源動(dòng)力工程機(jī)械提倡的加大，所以現(xiàn)在著手研究混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)有著極其深遠(yuǎn)的意義。本文是基于規(guī)則的能量管理策略通過(guò)matlab軟件建立模型，搭建了混合動(dòng)力割草機(jī)能量管模型控制策略，通過(guò)后續(xù)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證得到了此模型方法可降低混合動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)一定的燃油消耗率，對(duì)實(shí)現(xiàn)新型的混合動(dòng)力工程機(jī)械技術(shù)提供了良好的參考方案。

關(guān)鍵詞：混合動(dòng)力 matlab建模 能量管理

中圖分類號(hào)：S224 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2018）06（c）-0115-02

混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)在汽車方面成功的應(yīng)用為工程機(jī)械提供了良好的參考，混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)優(yōu)點(diǎn)很多，轉(zhuǎn)速范圍大、能源利用程度高、污染小等優(yōu)點(diǎn)，越來(lái)越多地受到人們的肯定.同時(shí)相比柴油驅(qū)動(dòng)形式，信息化程度高，電子化程度高，易于布置空間。所以現(xiàn)在混合驅(qū)動(dòng)也開始應(yīng)用在工程機(jī)械的中.混合動(dòng)力的履帶式割草機(jī)正是電力工程驅(qū)動(dòng)的一種，它的動(dòng)力元件包括了發(fā)動(dòng)機(jī)，發(fā)電機(jī)，超級(jí)電容等結(jié)構(gòu)件，是一個(gè)具備復(fù)雜的多動(dòng)力源的系統(tǒng)，對(duì)于多動(dòng)力源系統(tǒng)，對(duì)能量管理策略是研究，可使整機(jī)性能達(dá)到最優(yōu)。

1 常見的能量管理策略

由于混合動(dòng)力割草機(jī)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且動(dòng)力源為兩種，滿足割草機(jī)相應(yīng)的工況條件下，為了使各動(dòng)力能高效使用，就必須輔助能量管理控制系統(tǒng)加以協(xié)調(diào)控制。目前的混合動(dòng)力能量管理策略分為兩大類，基于規(guī)則的能量管理策略和基于優(yōu)化的能量管理策略。每一種能量管理策略都有各自的分類，其中基于規(guī)則的能量管理策略分類如圖1所示，它是根據(jù)相應(yīng)的動(dòng)力元件的特性，通過(guò)制定相應(yīng)的控制規(guī)則對(duì)其進(jìn)行最優(yōu)控制管理，控制方法簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)。

2 基于規(guī)則的混合動(dòng)力割草機(jī)能量管理策略

由于履帶式割草機(jī)的需求功率一般情況下較大，純電機(jī)工作的狀態(tài)不符合實(shí)際情況，所以當(dāng)整車的需求功率無(wú)論是多少時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)都要工作，始終處于運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)；故本文建立發(fā)動(dòng)機(jī)的總耗油量為控制對(duì)象，約束條件如式1所示

式中：、—超級(jí)電容下限值與上限值； 、—發(fā)動(dòng)機(jī)最優(yōu)功率下限值與上限值；

（1）能量管理策略規(guī)則劃定基于規(guī)則的能量管理方法設(shè)定主要根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的萬(wàn)有特性及超級(jí)電容的荷電狀態(tài)進(jìn)行靜態(tài)設(shè)定。橫坐標(biāo)為超級(jí)電容的電荷值，縱坐標(biāo)為功率值，具體規(guī)則如下。

當(dāng)割草機(jī)的需求功率大于最大的最優(yōu)功率值，且超級(jí)電容值大于最小預(yù)設(shè)的電容值（1）時(shí)，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)和超級(jí)電容共同為整車提供動(dòng)力。

（2）當(dāng)割草機(jī)的需求功率較小時(shí)，且超級(jí)電容值小于最大預(yù)設(shè)電容值，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)整在最優(yōu)功率工作，剩余的能量用于給超級(jí)電容充電。

（3）當(dāng)割草機(jī)的需求功率一般時(shí)，調(diào)整超級(jí)電容的值，使發(fā)動(dòng)機(jī)處于最優(yōu)工作點(diǎn)（2）門限值（極值）的設(shè)定。

邏輯門限值（極值）的設(shè)定通常是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的萬(wàn)有特性圖來(lái)設(shè)定發(fā)動(dòng)機(jī)的最佳輸出功率區(qū)間，即判定最大最優(yōu)功率，最小最優(yōu)功率值。根據(jù)超級(jí)電容的充放電特性來(lái)確定值的上下限。從而，根據(jù)制定的規(guī)則來(lái)進(jìn)行能源分配的最優(yōu)控制。

3 基于確定規(guī)則的能量管理策略建模

在matlab中，根據(jù)上述混合動(dòng)力能量管理規(guī)則的相關(guān)分析，選定割草機(jī)行駛作業(yè)需求功率及超級(jí)電容的值為輸入，以發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率、發(fā)電機(jī)輸出功率，超級(jí)電容輸出功率輸出，建立出如下圖2的模型。經(jīng)過(guò)與整機(jī)作業(yè)的仿真分析可知，該能量管理策略對(duì)功率可以實(shí)現(xiàn)合理的分配，使割草機(jī)耗油性能處于最優(yōu)。

4 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)混合動(dòng)力割草機(jī)的能量管理問(wèn)題提出了基于確定規(guī)則的能量管理工作策略，采取發(fā)動(dòng)機(jī)功率穩(wěn)定在最優(yōu)功率區(qū)間的能量管理略對(duì)混合動(dòng)力力割草機(jī)進(jìn)行最優(yōu)控制。運(yùn)用MATLAB function模塊編寫模型控制程序。實(shí)際仿真驗(yàn)證可得該控制策略可滿足履帶式割草機(jī)的作業(yè)要求，并且可提高發(fā)動(dòng)機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉昌盛，張大慶，姜萍，等.工程機(jī)械混合動(dòng)力技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用[J].建筑機(jī)械，2009（9）：59-62.

[2] 趙秀春，郭戈.混合動(dòng)力電動(dòng)汽車能量管理策略研究綜述[J]. 自動(dòng)化學(xué)報(bào)，2016，42（3）：321-334.

[3] 孫尚志，赫東輝，孫駿.電混合動(dòng)力汽車的建模與仿真[J].農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程，2011（1）：11-15.