基于遗传算法的混合动力集装箱装载机控制策略研究

摘要

集装箱装载机是航空货物运输业不可或缺的专用工程机械，为了改善传统装载机的燃油经济性及排放，将混合动力技术应用到装载机中。如何制定合理的控制策略，使混合动力集装箱装载机在任意载荷、蓄电池SOC（State Of Charge）和温度下，发动机和电机均工作在高效率区域，蓄电池SOC保持在合理的范围内。
　　本研究主要内容包括：①建立了混合动力装载机液压系统模型、发动机数值模型、电动机/发电机效率模型、蓄电池充放电模型和蓄电池温升模型，以及燃油经济性仿真模型。②提出了混合动力集装箱装载机的遗传算法优化控制策略。该策略以充电转矩界限、放电转矩界限、电机充电转矩、电机放电转矩、高、低负荷时发动机转速、蓄电池高荷电状态（SOC）门限值作为优化控制参数。将装载机循环工况等效燃油消耗最低和蓄电池SOC维持平衡作为优化目标。分别对装载机在不同载荷（1/5、2/5、3/5、4/5和满载），不同蓄电池初始温度（10℃～30℃）和蓄电池初始SOC（0.6～0.8）条件下进行仿真，获得经过遗传算法优化的控制参数。针对蓄电池SOC低于最佳目标值的情况，提出基于遗传算法的充电控制策略。该策略以混合动力装载机循环工况等效燃油消耗最低，且保证蓄电池SOC上升到其最佳范围内的目标值为目标函数，仿真表明：工况结束时蓄电池SOC上升到最佳范围内的目标值，且蓄电池充放电电流在1C以内，满足蓄电池的控制要求。③研究了动态规划全局优化的装载机控制策略，仿真结果表明：在满载和不同蓄电池初始SOC下，基于遗传算法的控制策略与动态规划全局优化的仿真结果很接近。④根据遗传算法在不同载荷、蓄电池初始SOC和温度下所获得的装载机最优控制参数，利用响应面方法建立了控制参数的多维响应面模型。仿真表明：在任意载荷、蓄电池温度和初始SOC下，混合动力装载机燃油经济性节油显著，蓄电池保持荷电平衡，蓄电池温升保持在合理范围之内。

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1 绪 论

1.1集装箱装载机混合动力技术的研究背景及意义

1.2国内外混合动力工程机械的研究现状

1.3混合动力汽车和工程机械控制策略的研究现状

1.4本文研究目的及内容

2 混合动力集装箱装载机动力系统建模

2.1混合动力集装箱装载机动力传动系统结构

2.2混合动力集装箱装载机动力部件数学模型

2.3混合动力装载机运行工况分析

2.4本章小结

3 基于遗传算法的混合动力装载机控制策略参数优化

3.1遗传算法的基本原理

3.2遗传算法优化模型的建立

3.3基于遗传算法的无能量回收装载机燃油经济性仿真

3.4混合动力装载机动态规划全局优化控制策略

3.5基于遗传算法的带能量回收集装箱装载机燃油经济性仿真

3.6基于遗传算法的混合动力装载机充电控制策略

3.7本章小结

4 混合动力集装箱装载机控制参数响应面模型

4.1响应面模型的建立

4.2基于响应面控制参数模型的混合动力装载机经济性仿真

4.3 基于响应面控制参数模型的混合动力装载机燃油经济性仿真结果

4.4本章小结

5 结论及展望

5.1全文总结

5.2研究展望

致谢

参考文献

附录 A. 作者在攻读硕士学位期间参与的科研项目