文档介绍：混合动力挖掘机回转制动控制及仿真试验研究
摘 要: 针对混合动力技术的挖掘机回转控制系统制动超调等问题,建立挖掘机回转装置模型,采用模糊PID控制算法,通过Matlab/AMESim联合仿真软件平台进行验证,并基于矿用混合动模型
[Mm=MnuE2] (1)
式中:[Mm]是控制器所需的电机输出扭矩;[Mn]是对应转速下的最大输出扭矩;[u]是超级电容电压;[E]是最大电压。
2) 发动机模型
[MDc=Mcη] (2)
式中:[MDc]是飞轮输出转矩;[Mc]是发动机转矩;[η]是有用力矩效率。
3) 超级电容模型
[U=Ee-tRC] (3)
式中:[U]是充电终止电压;[t]是放电时间;[R]是电容电阻;[C]是电容。
4) ISG电机充电模型
[12CU2-12CU20=2π60Mgndt] (4)
式中:[U0]是初始电压;[Mg]是电机发电力矩;[n]是电机转速。 5) 变量泵模型
[MP=MDcη0] (5)
式中:[MP]是液压泵所需力矩;[η0]是液压泵的利用效率。
则可得整机约束模型为:
[MDc-MP-Mg+ME≥Mm] (6)
[ME=d12CU22-12CU21dtω] (7)
式中:[ME]是回转电机的输出转矩;[U1]是初始电压;[U2]是末端电压;[ω]是电机的回转速度。
根据以上数学模型可知,混合动力挖掘机回转整机模型是基于回转电机、发动机、超级电容器、电机充电和变量泵等的综合型集成模型。混合动力挖掘机回转机械硬件组成如图2所示,其中,电机转速、操作手柄位移以及发动机转速等一系列信号经控制器计算处理后驱动回转电机运转[7],发动机并适时地驱动发电机向超级电容器充电。
2 模糊PID回转控制策略
模糊PID控制逻辑
挖掘机回转系统模糊PID控制逻辑主要由常规PID控制和模糊在线自适应调整等两部分组成。如图3所示,其中,被控对象即为挖掘机电驱回转系统的回转电机电动系统,模糊控制器部分是整个控制逻辑的重点。模糊控制器通过采集回转系统电机转速、手柄位移和发动机转速等信号并经实际运行经验获得比例、积分、微分等三个特征参数[kp],[ki],[kd]进行优化修整[8?9],使得挖掘机回转系统能够根据实际作业需求自适应式运转,达到合理的控制效果。
控制规则
根据三个参数[kp],[ki],[kd]与[e],[ec]的模糊关系,模糊自整定PID在运行中持续检测[e],[ec],并适时智能地在线修改,以满足挖掘机回转运行的稳定性、超调量和动、静态的不同控制精度需求[10]。这里主要是由转速变化量[e(t)]、转速偏差变化率[dedt]、电机转速及发动机转速等触发控制规则来进行PID参数调整,以挖掘机斜坡回转作业为例的部分回转电机参数模糊控制规则与修正如表1,表2所示。
3 回转制动控制仿真试验
由于Matlab与AMESim平台数据可以交换,并且两者都具有较强的处理和分析性能,因此,采用联合仿真方式对矿用混合动力挖掘机回转控制系统模型进行分析。如图4所示,在Matlab中构建模糊控制器,并