混合动力履带式割草机能量管理系统的建立

王彦诚 赵明 刘乐 宋星亮 师毓 芶颖

摘 要：近年来随着我国对新能源动力工程机械提倡的加大，所以现在着手研究混合动力驱动有着极其深远的意义。本文是基于规则的能量管理策略通过matlab软件建立模型，搭建了混合动力割草机能量管模型控制策略，通过后续的实验验证得到了此模型方法可降低混合动力发动机一定的燃油消耗率，对实现新型的混合动力工程机械技术提供了良好的参考方案。

关键词：混合动力 matlab建模 能量管理

中图分类号：S224 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）06（c）-0115-02

混合动力驱动在汽车方面成功的应用为工程机械提供了良好的参考，混合动力驱动优点很多，转速范围大、能源利用程度高、污染小等优点，越来越多地受到人们的肯定.同时相比柴油驱动形式，信息化程度高，电子化程度高，易于布置空间。所以现在混合驱动也开始应用在工程机械的中.混合动力的履带式割草机正是电力工程驱动的一种，它的动力元件包括了发动机，发电机，超级电容等结构件，是一个具备复杂的多动力源的系统，对于多动力源系统，对能量管理策略是研究，可使整机性能达到最优。

1 常见的能量管理策略

由于混合动力割草机的结构复杂，且动力源为两种，满足割草机相应的工况条件下，为了使各动力能高效使用，就必须辅助能量管理控制系统加以协调控制。目前的混合动力能量管理策略分为两大类，基于规则的能量管理策略和基于优化的能量管理策略。每一种能量管理策略都有各自的分类，其中基于规则的能量管理策略分类如图1所示，它是根据相应的动力元件的特性，通过制定相应的控制规则对其进行最优控制管理，控制方法简单，容易实现。

2 基于规则的混合动力割草机能量管理策略

由于履带式割草机的需求功率一般情况下较大，纯电机工作的状态不符合实际情况，所以当整车的需求功率无论是多少时，发动机都要工作，始终处于运转状态；故本文建立发动机的总耗油量为控制对象，约束条件如式1所示

式中：、—超级电容下限值与上限值； 、—发动机最优功率下限值与上限值；

（1）能量管理策略规则划定基于规则的能量管理方法设定主要根据发动机的万有特性及超级电容的荷电状态进行静态设定。横坐标为超级电容的电荷值，纵坐标为功率值，具体规则如下。

当割草机的需求功率大于最大的最优功率值，且超级电容值大于最小预设的电容值（1）时，此时发动機和超级电容共同为整车提供动力。

（2）当割草机的需求功率较小时，且超级电容值小于最大预设电容值，此时发动机调整在最优功率工作，剩余的能量用于给超级电容充电。

（3）当割草机的需求功率一般时，调整超级电容的值，使发动机处于最优工作点（2）门限值（极值）的设定。

逻辑门限值（极值）的设定通常是根据发动机的万有特性图来设定发动机的最佳输出功率区间，即判定最大最优功率，最小最优功率值。根据超级电容的充放电特性来确定值的上下限。从而，根据制定的规则来进行能源分配的最优控制。

3 基于确定规则的能量管理策略建模

在matlab中，根据上述混合动力能量管理规则的相关分析，选定割草机行驶作业需求功率及超级电容的值为输入，以发动机输出功率、发电机输出功率，超级电容输出功率输出，建立出如下图2的模型。经过与整机作业的仿真分析可知，该能量管理策略对功率可以实现合理的分配，使割草机耗油性能处于最优。

4 结语

本文对混合动力割草机的能量管理问题提出了基于确定规则的能量管理工作策略，采取发动机功率稳定在最优功率区间的能量管理略对混合动力力割草机进行最优控制。运用MATLAB function模块编写模型控制程序。实际仿真验证可得该控制策略可满足履带式割草机的作业要求，并且可提高发动机燃油经济性。

参考文献

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