基于典型作业工况的串联式电传动推土机功率跟随控制策略

为提高串联式混合动力推土机的燃油经济性,研究动力传动系统的能量分配策略。分析发动机和发电机的动态工作特性,通过台架试验建立发动机的动力输出特性模型、油耗特性模型和发电机的效率特性模型;通过超级电容的电阻串并联模型结构分析,建立超级电容的动态工作模型,设定荷电状态的安全工作范围。基于台架试验及模型获得的发动机最佳燃油消耗曲线,提出一种最佳燃油消耗曲线的功率跟随控制策略。研究推土机的典型作业工况,在典型作业工况下对提出的控制策略进行仿真,阐述超级电容的荷电状态及电压、电流的变化规律,并与传统机械传动结构的原型机在发动机工作转速、转矩、油耗和加速踏板位置变动等参数方面进行对比分析。结果表明,在推土机典型作业工况下,采用最佳燃油消耗曲线的功率跟随控制策略与原型机相比,节油率达13.1%。     

电动液压助力转向系统控制策略及其能耗分析

提出了一种运用中位闭式旋转控制阀的电动液压助力转向(EHPS)系统。设计了良好的控制策略以达到能耗最小及系统具有良好的助力跟随性。在没有转向操作时,液压泵和电机以极小的速度运作,且中位闭式旋转阀限制着液压油的流动,实现了能量的储存。当转向盘发生转动时,液压泵和电机以一定的转速运转,提供合适的液压油流量,以产生合适的助力大小。试验结果表明:提出的控制策略能达到预期效果;且与开式EHPS系统相比,闭式EHPS系统具有良好的节能性。     

单电机式强混合动力车辆控制策略

提出了基于一种新型的单电机、双离合器式强混合动力结构的车辆分层控制系统方案,制定了整车能量管理策略,并研究了车辆行进中启动发动机过程的动态协调控制方法。通过自行开发的前向仿真系统对能量管理策略进行了验证,在NEDC循环工况下等效百公里油耗降低了34%。同时通过动态台架试验,对车辆行进中启动发动机的动态协调控制策略进行了验证。     

应急救援车辆主动悬挂系统能耗与发动机的功率匹配控制

针对主动悬挂系统能耗与发动机运行参数不匹配而导致的液压主动悬挂系统压力和流量频繁波动、发动机载荷过高导致熄火等问题,提出了主动悬挂系统能耗与发动机功率匹配的控制方案。分析了保证主动悬挂系统与发动机匹配运行的条件,为使主动悬挂系统运行的最大功率小于发动机当前状态下的剩余功率,提出了根据驱动主动悬挂系统的平均流量对变量泵排量控制信号进行动态补偿的控制策略,应用模糊PID控制方法设计了功率匹配控制器。试验结果表明：相较于原主动悬挂系统,应用所提出控制方案的主动悬挂系统所消耗的平均功率降低了42%,发动机扭矩百分比平均值下降了39.6%,主动悬挂系统能耗和发动机载荷明显减小。     

Prediction-based manufacturing center self-adaptive demand side energy optimization in cyber physical systems

Cyber physical systems（CPS） recently emerge as a new technology which can provide promising approaches to demand side management（DSM）, an important capability in industrial power systems. Meanwhile, the manufacturing center is a typical industrial power subsystem with dozens of high energy consumption devices which have complex physical dynamics. DSM, integrated with CPS, is an effective methodology for solving energy optimization problems in manufacturing center. This paper presents a prediction-based manufacturing center self-adaptive energy optimization method for demand side management in cyber physical systems. To gain prior knowledge of DSM operating results, a sparse Bayesian learning based componential forecasting method is introduced to predict 24-hour electric load levels for specific industrial areas in China. From this data, a pricing strategy is designed based on short-term load forecasting results. To minimize total energy costs while guaranteeing manufacturing center service quality, an adaptive demand side energy optimization algorithm is presented. The proposed scheme is tested in a machining center energy optimization experiment. An AMI sensing system is then used to measure the demand side energy consumption of the manufacturing center. Based on the data collected from the sensing system, the load prediction-based energy optimization scheme is implemented. By employing both the PSO and the CPSO method, the problem of DSM in the manufac~ring center is solved. The results of the experiment show the self-adaptive CPSO energy optimization method enhances optimization by 5% compared with the traditional PSO optimization method.     

闭式泵控液压机运行与能效特性

液压机的特点是滑块质量大,工进负载力大,其滑块空程下放造成了重力势能、动能等能量的浪费。为了回收利用这部分能量并且降低电机转矩,基于“伺服电机+定量泵”的闭式泵控方案,提出了带超级电容储能系统的双排量泵/马达闭式驱动液压机方案,并制定能量管理策略对能量进行回收与再利用。搭建了液压机试验台,试验结果表明,储能系统的能量回收效率为79.3%;进一步开展仿真研究,基于SimulationX多学科仿真软件,构建了液压机的多学科仿真模型,仿真结果表明,双排量泵能大幅度降低电机转矩,储能系统能够减少液压机整机6.9%的能耗。     

泵阀双源协同驱动非对称液压缸系统特性

阀控液压系统动态响应快、功率密度大,但存在较大节流损失,无法解决多执行器系统载荷差异带来的节流损失;泵控非对称液压缸系统消除了节流损失,但需进行流量补偿,同时泵控多执行器系统装机功率和成本过高。针对上述问题,提出一种泵阀双源协同驱动非对称液压缸系统,并将其应用于某大型液压挖掘机斗杆系统。首先在SimulationX中构建了机电液联合仿真模型,通过与斗杆空载试验结果对比,验证了模型的准确性,然后设计了系统控制策略,最后通过仿真分析了不同控制系统斗杆运行特性和能耗特性。仿真结果表明,与电液流量匹配控制系统相比,该系统改善了斗杆运行平稳性,同时降低系统能耗达63.3%,并具备能量回收的潜力。     

Power-balancing instantaneous optimization energy management for a novel series-parallel hybrid electric bus

Energy management(EM) is a core technique of hybrid electric bus(HEB) in order to advance fuel economy performance optimization and is unique for the corresponding configuration. There are existing algorithms of control strategy seldom take battery power management into account with international combustion engine power management. In this paper, a type of power-balancing instantaneous optimization(PBIO) energy management control strategy is proposed for a novel series-parallel hybrid electric bus. According to the characteristic of the novel series-parallel architecture, the switching boundary condition between series and parallel mode as well as the control rules of the power-balancing strategy are developed. The equivalent fuel model of battery is implemented and combined with the fuel of engine to constitute the objective function which is to minimize the fuel consumption at each sampled time and to coordinate the power distribution in real-time between the engine and battery. To validate the proposed strategy effective and reasonable, a forward model is built based on Matlab/Simulink for the simulation and the dSPACE autobox is applied to act as a controller for hardware in-the-loop integrated with bench test. Both the results of simulation and hardware-in-the-loop demonstrate that the proposed strategy not only enable to sustain the battery SOC within its operational range and keep the engine operation point locating the peak efficiency region, but also the fuel economy of series-parallel hybrid electric bus(SPHEB) dramatically advanced up to 30.73% via comparing with the prototype bus and a similar improvement for PBIO strategy relative to rule-based strategy, the reduction of fuel consumption is up to 12.38%. The proposed research ensures the algorithm of PBIO is real-time applicability, improves the efficiency of SPHEB system, as well as suite to complicated configuration perfectly.     

电液伺服式减振器测试平台控制策略

针对国内汽车减振器行业生产、检测和研究的迫切需求,为测试减振器在复杂多变的载荷谱作用下的响应性能,搭建了电液伺服式减振器测试平台,研究了测试台伺服控制策略。基于Matlab/Simulink软件,建立测试系统的仿真模型,并对其进行仿真。采用三状态控制策略提高系统响应和跟踪精度。仿真结果和试验结果对比表明,采用该控制策略能保证系统稳定性,提高系统带宽,使测试平台精确测试减振器阻尼力和加速度的衰减。     

工程机械混合动力系统实验台测控系统

为了研究工程机械混合动力系统的机电耦合特性和轴系的振动特性,研制了由柴油机、电动机和液压泵共轴连接组成的工程机械混合动力系统实验台.设计了由工控机、PCI总线控制卡和组态软件组成的实验台测控系统,分析测控系统输入信号和控制信号的数量与类型,确定测控系统控制策略的设计原则和开发过程.通过在柴油机输出轴的端面布置3个加速度传感器实现柴油机工作时曲轴的振动特性,对不同负载功率下柴油机曲轴的振动特性进行试验测试.测试结果表明,柴油机曲轴的振动能量集中在径向,轴向的振动能量可忽略不计;设计的测控系统能实现混合动力系统轴系振动性能测试.     

基于航空惯性试验台交流变频驱动系统混合供电技术研究

本文以航空惯性试验台交流变频驱动系统为例,研究试验台变频驱动系统混合供电技术。变频驱动系统混合供电技术通过“储能斩波+常规变压器整流”两种供电方式为变频器提供满足要求的直流电源,本文对这两种供电电源的组成架构、控制策略进行了全面的叙述,并且后续将扩展至大功率脉冲试验台应用方向,节省了建设费用,降低了运营成本。     

基于迁移学习的数控机床节能控制决策方法

为降低机床等待过程的能耗,提出了基于迁移学习的数控机床节能控制决策方法。通过分析机床的节能控制条件,提出了机床等待过程的5种节能控制策略。考虑生产过程数据的多样性与复杂性,建立了融合深度置信网络与迁移学习的机床节能决策方法,电梯零部件制造车间的案例分析表明该方法的机床节能决策误差仅为3.2%,机床等待过程总能耗降低了52.5%。     

大型油气悬挂缸静、动态性能试验台设计

针对大型油气悬挂缸的静、动态性能试验,提出了一种由伺服电机驱动的定量液压泵/马达控制加载液压缸的节能型试验台设计方案,试验过程中能量的回收与存储采用超级电容。试验台可对被试悬挂缸施加多种激励,且液压主回路无节流。建立了加载系统的数学模型,并利用AMESim软件仿真了性能试验过程。研究结果表明：试验台的性能可以满足多种大型悬挂缸静、动态性能试验的需要,且能实现能量回收,相对于阀控系统能耗降低了约92%;超级电容储能方案避免了电机瞬时大功率运行对电网的冲击,大幅降低了配电系统的建设、改造成本。     

数据驱动的机床等待过程节能方法研究

为了降低机床等待过程中的能耗,提出了一种实时数据驱动的机床等待时间预测与节能控制方法。首先,建立了射频识别驱动的生产进度评估方法,并以生产进度数据作为输入,构建了基于堆栈降噪自编码的机床等待时间预测模型;其次,依据预测的机床等待时间,提出了机床状态切换方法,以降低机床能耗;最后,通过一个电梯零部件制造车间的案例分析,表明该方法的预测误差仅为4.1%,同时将机床等待过程能耗降低了57%,实现了制造车间的节能减排。     

应用二自由度电磁执行器的AMT换挡分段控制

为提高电控机械式自动变速器(AMT)的换挡品质,研制了一种新型应用二自由度电磁执行器的AMT换挡系统。介绍了执行器结构和工作原理并通过实验分析了其动静态特性。将换挡同步过程分为四个阶段,提出了以PID和模糊控制为主体的分段控制策略,并进行了仿真研究。最后研制了实验台架及控制系统,验证了新型换挡系统的可行性及提出的控制策略的可靠性。实验结果表明,提出的控制策略能够降低换挡同步过程的冲击度和单位面积滑磨功,能够提高换挡品质。     

基于上海市道路工况电动汽车能耗特性研究

针对四驱分布式电动汽车,基于上海市道路工况分析并优化驱制动系统的能耗特性。从系统能耗最优的角度确定优化目标函数,并提出能耗最优的扭矩分配控制策略。采用AMESim/Simulink软件建立了电动汽车能耗特性研究仿真平台,针对上海市道路工况进行了能量消耗的仿真分析。仿真结果表明该策略能够明显改善驱制动系统能耗特性,总体能效提高约9.94%。     

自动变速器升挡过程惯性相发动机协调控制

发动机协调控制是提高换挡品质的必要技术手段。分析换挡过程输出轴转矩波动与换挡品质的关系,基于液力变矩器模型设计出输出轴转矩观测器,制定出基于转矩的升挡过程惯性相发动机协调控制策略,在DEUTZ BF4M1013单体泵柴油机和Allison S2000离合器—离合器换挡式液力自动变速器组成的动力传动系统台架上,进行基于转矩的1-2升挡过程惯性相发动机协调控制试验研究。试验结果表明,单体泵柴油机的转矩响应能够满足换挡过程协调控制的要求;基于转矩的换挡过程发动机协调控制能够有效地减小输出轴转矩波动,提高换挡品质。     

基于光伏充电的高效热电散热系统研究

针对大功率光学器件和设备的热严重影响其稳定性、性能和使用寿命的问题,提出了一种基于能量回馈的智能高效热电散热系统。利用基于改进的增量式比例积分微分（PID）算法快速实现高精度温度控制,通过能量回收机制实现热电制冷器（TEC）制冷效率的提升。采用光伏充电为主、电源充电为辅的电源管理策略,通过上位机监测与控制实现对两组蓄电池的高效充放电切换。同时,利用Python+PyQt5为散热系统搭建可视化图形操作界面。研究表明,设计的实验系统实现了对TEC器件的电路信息监测与温度高效控制,可为解决大功率光学器件和系统的散热问题提供参考。     

纯电动汽车动力系统全生命周期节能减排绩效评价研究

采用全生命周期评价(LCA)方法,基于GaBi平台建立了某燃油车车型改进而来的纯电动汽车的动力系统的全生命周期环境影响评价模型,将动力系统分为动力电池、驱动电机、控制装置和减速器4个关键部件进行清单分析,分别从原材料获取、生产制造、运行使用和报废回收等生命周期4个阶段进行节能减排绩效评价计算。评价结果表明,在全生命周期的4个阶段内,原材料获取阶段的矿产和化石能源消耗最多、使用阶段的环境影响值最大,其中以全球变暖潜值(GWP)影响最为显著; 报废回收阶段则在矿产资源的消耗、化石能源的消耗以及环境排放方面均产生了一定正效益。基于分析结果,提出了当前应采用优化电网结构、加大动力系统零部件回收等措施来降低纯电动汽车对生态环境的影响。     

城市道路下混合动力汽车双层能量管理策略

研究了联网场景下面向连续多路口的混合动力车辆节能速度规划问题,探讨了使用双层伪谱法优化城市交通中混合动力车辆能量管理策略的可行性。根据交通信号灯的时序信息,以保证车辆中途不停车顺利通过各路口为目标,使用伪普法规划最佳的车速轨迹。根据规划的车速,以车辆能耗最低为目标,实现发动机和动力电池间功率输出的经济性分配。仿真结果表明,与人工驾驶相比,所提方法可将燃油消耗量减少6.9%,实车试验结果进一步验证了所提策略的有效性。