混合动力履带式割草机能量管理系统的建立

混合动力履带式割草机能量管理系统的建立

王彦诚

（长安大学陕西西安710064）

摘要：近年来随着对新能源动力工程机械的提倡，故研究混合动力驱动有深刻的意义。本文基于规则的能量管理策略通过matlab建模建立了混合动力割草机能量管模型控制方法，通过后续的验证得到了此方法可降低混合动力发动机燃油消耗率的结果，对实现新型的混合动力工程机械提供了良好的参考方案。

关键词：混合动力;matlab建模;能量管理

0前言

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，混合动力驱动因其具有调速范围广、效率高、能源可回收、环保等优点,越来越多地受到人们青睐.同时相比其他驱动形式更有利于工程机械的智能化、信息化与集成化。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。目前已经提出的混合动力能量管理策略分为两大类，第一类为基于规则的能量管理策略，第二类为基于优化的能量管理策略。基于规则的能量管理策略如图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，控制策略简单，易于实现。

图1基于规则的能量管理策略

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，故无论整车的需求功率为多大，发动机始终处于工作状态；故本文以发动机的耗油量为控制对象，约束条件的建立如式1所示

（1）

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。由当前的需求功率值，发动机提供的最大的最优功率值，最小的最优功率值，以及当前的超级电容值值，最小预设电容值，最大预设电容值划分为图2所示的区域块，具体规则如下：

（1）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时，此时发动机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适中时，调整超级电容的值，使发动机处于最优工作点。

图2基于确定规则能量管理策略示意图

（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3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。

图3能量管理策略模型

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MATLABfunction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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[2]赵秀春，郭戈.混合动力电动汽车能量管理策略研究综述[J].自动化学报,2016,42(03):321-334.

[3]孙尚志，赫东辉，孙骏.电混合动力汽车的建模与仿真[J].农业装备与车辆工程,2011(1):11-15

作者简介：王彦诚(1994.04--)男，陕西省咸阳市人，研究生在读，机械电子工程。