履带式电动拖拉机传动系优化及驱动控制策略研究

摘要

研究表明电动拖拉机具有高效、节能、终端零排放等特点，能够解决传统农用机械所造成的环境污染和能源危机。然而电池作业时间短，充电时间长，制约了纯电动拖拉机的推广应用。因此，在电池技术尚未取得突破的前提下，开发出合理的驱动控制策略，能够提高拖拉机驱动系统工作效率，有效延长连续作业时间。
　　本论文依托江苏省科技厅产学研联合创新资金——前瞻性联合研究项目“设施栽培小型电动拖拉机研发”的技术要求与支持，对电动拖拉机动力传动系统优化及控制进行研究工作。本论文具体内容如下:
　　1、分析拖拉机不同作业工况下的受力情况，分别建立了其动力学模型，并在此基础上初步搭建了整机的仿真模型。
　　2、基于不同作业工况和电池能量状况，分别提出了基于全局的最优控制、电机最优效率控制、模糊控制以及跛行行车控制。对全局优化控制，寻找电机转矩最优轨迹及变化规律，使电池SOC减少最小。在电机最佳效率控制策略中，控制电机以最佳效率运行。在模糊控制中，控制运输车速很好地跟踪目标车速，来提高运输作业效率。在跛行模式中，开发了能量限制模式下的跛行控制策略。
　　3、对样机进行了犁耕、旋耕、爬坡以及田间运输作业工况的试验。其中，旋耕试验中，旋耕速度及旋耕作业参数均满足设计要求，并验证了拖拉机的电机最佳效率曲线控制策略。
　　4、以拖拉机连续作业时间为目标函数以及动力性和经济性为约束条件对传动比优化，并通过仿真对优化前后的整车性能进行对比分析，结果表明优化后不同作业工况下的连续作业时间得到了延长。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国外电动拖拉机研究现状

1．2．2 国内电动拖拉机研究现状

1．3 论文的主要研究内容

第二章 履带式电动拖拉机动力学性能分析及建模

2．1 履带式电动拖拉机传动系结构

2．2 履带式电动拖拉机田间作业力学模型

2．2．1 运输作业

2．2．2 犁耕作业

2．3 履带式电动拖拉机仿真模型

2．3．1 整车模型

2．3．2 电机模型

2．3．3 电池模型

2．4 本章小结

第三章 电动拖拉机驱动控制策略研究

3．1 驱动控制系统结构及功能

3．1．1 控制系统结构

3．1．2 驱动模式分析

3．2 田间作业模式下最优控制策略

3．2．1 动态规划算法简介

3．2．2 行驶工况的离散化

3．2．3 动态规划方程建立及求解

3．3 电机最佳效率曲线控制策略

3．3．1 电机最佳效率工作点的提出及确定

3．3．2 电机最佳效率曲线控制策略分析

3．4 运输作业模式下模糊控制策略

3．4．1 模糊控制原理

3．4．2 模糊控制策略的实现

3．5 跛行行车控制策略

3．6 仿真模型建立

3．6．1 整车控制器模型

3．6．2 整车驱动控制框架

3．7 仿真结果分析

3．7．1 测试工况的建立

3．7．2 最优控制策略仿真

3．7．3 电机最佳效率曲线控制策略仿真

3．7．4 运输作业模式下模糊控制策略仿真

3．7．5 跛行行车下控制策略仿真

3．8 本章小结

第四章 样机试验与分析

4．1 试验前准备

4．2 电机输出特性试验

4．2．1 电机效率试验

4．2．2 最高转速试验

4．3 犁耕作业下控制策略试验

4．4 田间旋耕试验

4．5 拖拉机各档位下的田间运输速度测试与分析

4．6 爬坡试验

4．7 能耗利用率试验

4．8 本章小结

第五章 传动系优化及仿真

5．1 整车性能需求

5．2 电机效率表达式确定

5．3 传动系参数优化设计

5．3．1 电动拖拉机经济性评价指标

5．3．2 优化变量

5．3．3 优化目标函数的建立

5．3．4 约束条件的建立

5．3．5 优化方法

5．4 CRUISE仿真分析

5．4．1 主要模块和参数设置

5．4．2 仿真结果

5．5 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 结论

6．2 论文创新点

6．3 工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间研究成果