混合動力履帶式割草機能量管理系統的建立

王彥誠 趙明 劉樂 宋星亮 師毓 芶穎

摘 要：近年來隨著我國對新能源動力工程機械提倡的加大，所以現在著手研究混合動力驅動有著極其深遠的意義。本文是基于規則的能量管理策略通過matlab軟件建立模型，搭建了混合動力割草機能量管模型控制策略，通過后續的實驗驗證得到了此模型方法可降低混合動力發動機一定的燃油消耗率，對實現新型的混合動力工程機械技術提供了良好的參考方案。

關鍵詞：混合動力 matlab建模 能量管理

中圖分類號：S224 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）06（c）-0115-02

混合動力驅動在汽車方面成功的應用為工程機械提供了良好的參考，混合動力驅動優點很多，轉速范圍大、能源利用程度高、污染小等優點，越來越多地受到人們的肯定.同時相比柴油驅動形式，信息化程度高，電子化程度高，易于布置空間。所以現在混合驅動也開始應用在工程機械的中.混合動力的履帶式割草機正是電力工程驅動的一種，它的動力元件包括了發動機，發電機，超級電容等結構件，是一個具備復雜的多動力源的系統，對于多動力源系統，對能量管理策略是研究，可使整機性能達到最優。

1 常見的能量管理策略

由于混合動力割草機的結構復雜，且動力源為兩種，滿足割草機相應的工況條件下，為了使各動力能高效使用，就必須輔助能量管理控制系統加以協調控制。目前的混合動力能量管理策略分為兩大類，基于規則的能量管理策略和基于優化的能量管理策略。每一種能量管理策略都有各自的分類，其中基于規則的能量管理策略分類如圖1所示，它是根據相應的動力元件的特性，通過制定相應的控制規則對其進行最優控制管理，控制方法簡單，容易實現。

2 基于規則的混合動力割草機能量管理策略

由于履帶式割草機的需求功率一般情況下較大，純電機工作的狀態不符合實際情況，所以當整車的需求功率無論是多少時，發動機都要工作，始終處于運轉狀態；故本文建立發動機的總耗油量為控制對象，約束條件如式1所示

式中：、—超級電容下限值與上限值； 、—發動機最優功率下限值與上限值；

（1）能量管理策略規則劃定基于規則的能量管理方法設定主要根據發動機的萬有特性及超級電容的荷電狀態進行靜態設定。橫坐標為超級電容的電荷值，縱坐標為功率值，具體規則如下。

當割草機的需求功率大于最大的最優功率值，且超級電容值大于最小預設的電容值（1）時，此時發動機和超級電容共同為整車提供動力。

（2）當割草機的需求功率較小時，且超級電容值小于最大預設電容值，此時發動機調整在最優功率工作，剩余的能量用于給超級電容充電。

（3）當割草機的需求功率一般時，調整超級電容的值，使發動機處于最優工作點（2）門限值（極值）的設定。

邏輯門限值（極值）的設定通常是根據發動機的萬有特性圖來設定發動機的最佳輸出功率區間，即判定最大最優功率，最小最優功率值。根據超級電容的充放電特性來確定值的上下限。從而，根據制定的規則來進行能源分配的最優控制。

3 基于確定規則的能量管理策略建模

在matlab中，根據上述混合動力能量管理規則的相關分析，選定割草機行駛作業需求功率及超級電容的值為輸入，以發動機輸出功率、發電機輸出功率，超級電容輸出功率輸出，建立出如下圖2的模型。經過與整機作業的仿真分析可知，該能量管理策略對功率可以實現合理的分配，使割草機耗油性能處于最優。

4 結語

本文對混合動力割草機的能量管理問題提出了基于確定規則的能量管理工作策略，采取發動機功率穩定在最優功率區間的能量管理略對混合動力力割草機進行最優控制。運用MATLAB function模塊編寫模型控制程序。實際仿真驗證可得該控制策略可滿足履帶式割草機的作業要求，并且可提高發動機燃油經濟性。

參考文獻

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