外文翻譯--混合動力驅動車輛安裝高空作業(yè)平臺的控制策略【優(yōu)秀】

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1 中文譯文 混合動力驅動車輛安裝高空作業(yè)平臺的控制策略 a, a, b, b, a , 05b , 02要 本文提出的發(fā)展過程即假設，建造，模擬和分析混合動力驅動車輛安裝高空作業(yè)平臺的控制策略。特別注意的是支付控制系統(tǒng)策略的發(fā)展，確保適當的能源再生，通過電化學形式儲存能量。控制策略是圍繞上下分層控制系統(tǒng)的概念建立起來的。高空作業(yè)平臺的高程控制被假定為控制系統(tǒng)的主要目標?？刂葡到y(tǒng)的第二個目標是制定明確的跟蹤和保持在預定義的范圍內的可再充電的電化學蓄電池的充電水平。在 境下開發(fā)控制系統(tǒng)的仿真模型?？刂葡到y(tǒng)仿真的示范性成果被一個液壓動力結構驅動安裝在特殊車輛的高空作業(yè)平臺例子所顯示。 關鍵字：控制策略，混合動力驅動，能量恢復，環(huán)境的保護，模糊邏輯 從這篇文章中的圖和表： 如圖 1 所示 專用車 1. 介紹 減少車輛 的 廢氣排放一直是 多年的 研究 目標 ，部分是迫于日益嚴格的環(huán)保立法。在 1997年 12 月 的 第三屆締約方會議通過的 ―京都議定書 ‖， 旨 在減少 相比于 1990 年的溫室氣體排 放量（ 平均 水平的 5 ％。 2005 年 2 月 16 日由俄羅斯批準后 生效 。 作為一個用于減少溫室氣體排放，提高燃油經濟性和能源效率 的 裝置 ， 混合動力系統(tǒng)正在受到關注 。 2 混合驅動汽車市場 動態(tài) 的增長 已經 多年。 現 代， 有 11 個大型汽車制造商 用于 交付或 深入 發(fā)展混合動力驅動 型 的車輛。即使這 些車商 主要 是專供 乘用車 部分 ，應當強調的是 他們 進行了顯著的努力， 從而實現了 混合動力驅動 卡 車，送貨車和公交車 [1,2] 。 ]，一個先進的運輸技術財團，在美國陸軍國家汽車中心（ 支持下，組織一部分混合動力卡車用戶論壇（ 計劃試點項目，以加快和協(xié)助混合商業(yè)化。根據制定的 預測，混合驅動車的市場份額在 2010 年將達到約 9％的增長， 2020 年 將 達 到 近 的 增 長 。 還有重型機器和特殊用途車輛 ，都是 實現混合動力驅動的解決方案 可能出現的對象 。 但也有一些疑惑，該應用程序在經濟上 是否 是可行的。考慮到乘用車， 在 有關環(huán)保法規(guī) 的制定下 ， 需要 重要的角色扮演 ―規(guī)模 的影響 ‖。在重負荷 機器 的情況下，高空作業(yè)平臺 的 挑選和攜帶移動式起重機 專用車輛的 升降設備 ，應考慮其在 混合動力解決方案中的應用驅動與操作制約 和 應 用 。 在許多情況下，該類機械的工作條件強烈限制或 甚至消 除燃燒的應用 引擎 。特別是封閉的空間領域，如工廠商店，倉庫，本質安全區(qū) 等。當前 實現柴油 - 電力驅動，可大大 推廣使用該種設備。 另一方面， 和其他用于加工的市政服務工程在人口高度密集的區(qū)域在夜間（街道噴霧器人士，垃圾車，電車的牽引網絡服務車輛等） 的 公共服務領域 相比， 是 非常獨特的 。經常 由 市民報道 ， 有關于服務項目問題的解決 是 關乎于 柴油發(fā)動機產生的噪聲的水平。 一個由瓦拉公司 [4] 設計電池供電的起重機 路 線 的 例子 ， 就如何滿足不斷增加的法規(guī)控制室內起重作業(yè)時的環(huán)境條件， 最近對混合解決方案將報盤延期 。另一例子是由伊頓公司[5,6]研究的，用于高空作業(yè)平臺設備的中型卡車的混合動力系統(tǒng)。伊頓公司從 2007 年 8 月開始 使 中型混合動力系統(tǒng)的各種應用 商業(yè)化 ，例如一個：電信 和 直轄市，城市配送， 拒絕 ，城 市 公 交 大 巴 ， 挑 選 和 攜 帶 等 。 一種混合動力車輛，被定義為一個具有一個以上的源功率。 雖然 幾種不同類型的混合解決方案雖已在過去被考慮，但目前仍在接受進一步的廣泛研究， 如混合動力電動汽車（ 1]，它使用的電動機 /發(fā)電機和電池 組（或其他電存儲設備）和機械混合動力汽車用飛輪來儲存能量?；旌弦簤旱能囕v（ [2]，車輛加速時的制動過程中它存儲捕獲的動能，并將其存儲在液壓氣動蓄能器并返回能量傳動系統(tǒng)。各個不同結構的混合驅動器（串行和并行）開發(fā) [7,8] 。 混合電力系統(tǒng)維護傳統(tǒng)的傳動系體系結構 ,當添加一個能夠提高發(fā)動機功率的電氣時。 該系統(tǒng)的一個特點是它通常能夠恢復在制動和儲存時丟失的能量，并存儲在電池中。存儲的能量被用于改善燃油經濟性和車輛性，只能為給定速度或用于操作車輛的電力系統(tǒng)。 混合動力傳動系的控制比 控制的 一的動力傳動系要復雜得多。首先，需要在五種可能的模式（只有電動機，僅發(fā)動機，動力輔助，充電和再生）中確定最佳的操作模式。此外，當動力輔助模式或再充電模式被選擇，則發(fā)動機功率和電機功率需要進行選擇，以達到最佳燃油經濟性，電池充電的平衡性和可操作性。隨著增加的動力傳動系的復雜性和需要實現多個的目標，最常用的是采用兩級控制體系結構 [5]。 以下分析功率控制系統(tǒng)的優(yōu)化 :功率效率因素，燃油消耗和排放量已給出 [3,9,10]。調查主3 要集中在車輛制動階段的動能再生。 在本文中，設計一個動力管理控制系 統(tǒng)，被描述成是一個配有液壓高空作業(yè)平臺（ 備的專用汽車的驅動系統(tǒng)。 該類型的車輛（被迫停止的占空比）處理應認真考慮負 載 勢 能 的 可 回 收 性 [11,12] 。 混合驅動相比其他被提議的解決方案的主要優(yōu)點是它是一個簡單的驅動架構。它不同于已知的解決方案，那些廣泛適用于私家車。經典方法（私家車）是需要完全重新設計動力傳動系統(tǒng)。創(chuàng)新的方法對于特殊用途的車輛，只需要擴展經典的 動和擴展單元。擴展單元組成的電動機加上液壓泵 /馬達。該解決方案允許區(qū)分熱和電的功率流路徑借助于液壓子系統(tǒng)。然而，即使該解決 方案不是簡單的從功率流的角度出發(fā)，它任需求先進的控制系統(tǒng)策略。 兩層分層控制系統(tǒng)結構在本文中被提到。較低的控制水平是被本地經典的比例 - 積分 - 微分（ 制器所應用建造的。一個更高的控制水平是周圍形成了一個模糊邏輯控制器 (目的是對低水平本地控制器動態(tài)設置控制規(guī)則。 點： 一個專 業(yè) 的汽 車 （圖 1）打 算 利用市政通信服務維修和保養(yǎng)電車 、有軌電 車 架空 導 線的 系統(tǒng)， 以及 組裝和拆卸的軌道部。 圖 2 結構的混合動力驅動單元理念： X - 活塞桿的位移， V - 活塞桿速 度， 塞式壓力，R 1 - 閥（ 8）的開關信號， - 供應壓力， 切換閥（ 7）的信號 - 速， U - 電池電壓， I - 電池電流， 速 4 通常，這種類型的車輛 在 設計的 基礎上，為 定期卡車的底盤配備了相應的工作配件。 該設備是建立在架空工作嵌入式平臺（ 1）驅動的動臂（ 2）的端部的兩個液壓缸和液壓回轉馬達（ 3）的集合。除了標準的道路上運行的輪胎，這些車輛的主要特征是可能在軌道上繼續(xù)運行。具有低速液壓馬達驅動的額外的（ 4）軌道輪組實現了這一目標。 常常， 牽引網絡的維護和修理要耗時整晚，大都消耗在操作上。對于在維修工作的時間期間進行的，該車輛被停放 ;代替發(fā)動機連續(xù)不斷地運行，并且驅動液壓泵供應油給液壓設備。在這個執(zhí)行階段周期，工作設備的功率需求很低 - 值不超過 3％，由于柴油發(fā)動機的額定功率 [2] 接近它的低效率和重大排放量操作點的區(qū)域。同時，柴油機還產生特別惱人的噪音。 上述缺點可以消除，例如通過引入額外的由一個電化學電池組成的電動機（ 在這種情況下， 提供機械動力當車輛偏移操作區(qū)域時。停車時車輛的動力向 及可選的 作設備索取，從而保 持車輛平衡。 討論的混合動力驅動系統(tǒng)的結構示意圖 2。 用于電機的能源供給的是一組電化學蓄能器（ 5）。驅動設備單元的主要動力源是 動機牽引參數由脈沖寬度調制器（ 6）控制。它可能扭轉電動機運行到發(fā)電機模式。 3）供應液壓傳動系統(tǒng)。 選擇適當的工作點進行試轉，成為第二液壓泵（ 2）。液壓油流量（ 2）和（ 3）在公共電源線上被添加在一起。液壓切換閥（ 7）和（ 8）重定向油流量在干線電源上通過，要么儲罐溢流到油箱閥或液壓缸下活塞的腔室（ 9）?；钊祝?9）控制仰角臂（ 10）和間接高空作業(yè)平臺部 （ 11）的位置。很明顯，氣缸（ 9）控制負載的勢能 Q 從而影響平臺的提升或降低。 5 圖 3 結構的控制系統(tǒng)，概 念 :sp 定位點的位置。光伏 實際值的位置； e 用位置控制誤差； sp 定位點取消或降低速度的實際工作壓力；光伏 實際價值 ,用速度； 定位點的電池 陽能光伏電池 實際價值的電池 pv 實際價值的壓力 伏 實際價值的壓力 6 圖 4 用隸屬函數的位置控 制 誤差 以下幾個階段是加以區(qū)別的占空比混合動力驅動單元： ?段 - 提升的 ?段 - 較低的 ?- 停車的 在 段，由于氣缸（ 9）的活塞式運轉以及適當的吊桿上升運轉，油流的添加或分化從泵（ 2）和（ 3）發(fā)生。萬一流動減少，一個泵流量的一部分會被引導到主電源線，所述提供一部分驅動流量的泵（ 3）切換到電動機模式。在 段，油的流動方向在主油壓供給線上發(fā)生變化，油運行泵（ 3）和機械耦合的電動馬達（ 4）。在這兩個階段中它可能供給汽缸（ 9）通過油供給泵（ 3）由 電動馬達（ 4）驅動。電池充電（ 5）發(fā)生在 段。在此階段中， 被固定的，泵（ 3）是由石油供給給泵（ 2）所驅動的。 在一般情況下，功率控制策略的主要目標是操作混合動力驅動時盡可能達到高的能源效率和低的排放量，同時保持指定車的輛性能 [13]?？刂葡到y(tǒng)的主要任務是最大限度地利用電力的混合動力驅動。 輛的噪聲水平和經濟運行符合相對應的具體要求。 這可以通過應用被建議的功率控制戰(zhàn)略來實現。這一戰(zhàn)略是基于通過控制一組電池的電荷（ 狀態(tài)從而操作 其速度接近于所需的軌 跡以及捕獲有效的再生能量。因為它是唯一可能的， 空比的階段，應使用電力驅動。 目前電池充電時瞬間可能存儲在電池中最大比例的電荷。 t = T 時，可表示為： 001( ) 1 ( )() C T i t d ?; 7 其中： Q （ = Q 最 大 容 量 的 電 池 中 ， = 1 ， i(t)的電池充電或充電電流。 同時，一個電池組的 控制在最小的 最大的 間，從而有效的得到能源的再生制動，使能量最少的丟失和對電池組的壓力最小。最低和 最高的 標準是根據電池吸收再生能量的能力，并重新啟動交通工具系統(tǒng)所確定的。在一般情況下，最小的準和最大 準之間的差異，在于電池更多的可再生能源能有效地吸收。然而，對于在 準內大跨度地操作可能會降低電池的使用壽命，同時受放電深度的影響。因此， 平應適當地確定在最佳的最小和最大之間的水平 [?？紤]到電池的充電和放電效率，本文的 圍被設置為 [ 發(fā)動機和電動機之間的流量分布可以通過驅動反應的程度（ 確定： ; ( 0 , 1 )m o E m o H D O ? 其中： 發(fā)動機的功率， 電機功率。 合并后的電源管理 /設計優(yōu)化問題可寫為如下： ( ) ( )m i n ( ) m i n { }s p t p v te t X X??m i n m a C S O C S O C??在 段出現最大值 中： T ） 所 需 的 跡 t）實際的 跡。 為這個目的所設計出的控制系統(tǒng)的結構在圖 3 。 圖 3 示出的控制系統(tǒng)的結構。該控制系統(tǒng)由兩個循環(huán)： - 位置和速度的控制， - 控制電池組的 每個回路可以控制電動機控制器。控制信號是受邏輯單元管理。它的目標是適當的時刻供應平穩(wěn)切換的控制信號。 制系統(tǒng)用一個級聯結構來定位和控制速度。模糊控制器處理 速度。其是從實際的和需求的平臺位移來計算的。輔助控制器 速度信號，被美聯儲以經典的 制器作為參考，把它與實際速度的平臺 比。第二控制回路電池的 持在預定義的限制范圍。這個循環(huán)是由 制器和邏輯單元組成的 。 元通過連續(xù)調節(jié)的液壓閥位置控制管理電池的充電水平。 置控制器 制器的開發(fā)是基于已經開發(fā)的經典的級聯控制器 控制器 經被選中，因為其適合控制的非線性，多領域的控制，并隨時間變化有多種不確定因素 [3]的工廠。該控制器有兩個輸入：一個 制位置誤差，和一個 測當前速度。 制器的電動馬達計算 速度 定位值。 4]由三個基本的 的塊組成：模糊化，推斷和非模糊化?？刂破?的輸入是在模糊塊被統(tǒng)一標準模糊化。事實上，模糊化把清晰的空間映射到模糊的空間。在這個過程中，對于適當的模糊值（模糊集），把每個鮮明的輸入信號的每個樣品被轉變?yōu)橐唤M數字信號理解為這個樣本的隸屬度。 同一的模糊化標準輸入被供應到一個推理機。 推理機是在模糊輸入，模糊邏輯規(guī)則和知識嵌入在規(guī)則庫中（圖 6）進行模糊輸出。該規(guī)則是根據相應的知識或通過依靠資料學習或從真實的后天獲得或模擬實驗建立起來的。模糊輸出從推理機被轉化成鮮明值通過依靠非模糊化程序。模糊化的過程中，專門三角形和梯形隸屬函數已被使用。每個模糊 度 控制器的輸入，都是依靠同一模糊化標準的 7 個隸屬函數的裝置來實現的（參見圖 4 和 5）。 推理過程中應用的規(guī)則庫描繪在圖 6。規(guī)則庫被設定定量的知識集?？偣灿?49個 規(guī)則已經被 于清晰度，規(guī)則庫以彩色矩陣的形式顯示。每個條目的矩陣對應于適當的模糊的輸出（ ;呈現在圖 6的右側垂直條的形式 。圖 6 速度規(guī)則基于 用概念是表 1中給出 傳統(tǒng)的重力中心 [14]的方法已被應用于模糊輸出的非模糊化。先進的 中。正如上面提到的，從 過控制油壓泵（圖 2）旋轉的速度。速度控制器的設置經過精心調校，以確保非周期性過渡（不過沖），即使在分步激發(fā)的情況下（參見圖 10和 11）。 9 線性 3）。 1）使用電池電流測量。一個額外的控制單元允許用于驅動電動液壓閥的線圈閥 2。電動液壓閥的控制信號，用于獲得供應壓力 據活塞壓力 及電池的電流和電壓（ I， U）。 在提升階段的 述的控制單 元提供了的電動液壓閥（ 7）和（ 8）的一個適當的激發(fā)。結果，根據氣缸的滑閥腔的與主油壓供給線連接。后一個 （ 8）朝著它的中間位置驅動，這將完成的平臺的移動。在這里，內燃機燃燒的能量可用于電池充電。在電池充電階段，充電控制器還在控制壓合液壓缸的滑閥腔室。這防止不愉快情況， 動液壓閥（ 7）將切換到位置，引導油從泵（ 2）到油箱在達到所要求的電池充電水平之后。 從低級階段的平臺開始，控制單元再次切換閥（ 7），均衡的供應和根據活塞油的壓力。緊隨其后，閥（ 8）將被 切換成上下移動的平臺。勢能平臺在這一運動期間被轉換成電的形式，并用于電池充電。 圖 7 控制表面的 無沖擊切換系統(tǒng) 模擬實驗顯示，在控制單元的操作模式切換期間會出現控制信號的 逐步變化。這種現象應該被消除，因為它可能降低混合動力驅動的可靠性數據。例如，一個逐步改變的的控制信號，強制電動馬達動態(tài)變化的旋轉速度，導致壓力在供油線擺動。 一個特別小組已經開發(fā)，以避免突然變化的混合動力驅動控制信號的潛在影響。 ― 本單元的概念已被示于圖 8。 塊 比例的 積分 加 制器的主要10 部分是配有設置控制器輸出初始值的輸入配置。切換單元跟蹤各自的輸出：控制器 控制器輸出切換的時刻，跟蹤系統(tǒng)的設置輸出的積分 動作 2的值滿足下列條件： 一） 二） 換到 控制誤差值 t = 0時）補償輔助值 e k，由校正單元生成。校正值 e 0= 預定義的時間間隔 Δ意味著， 控制值時對于直流電動機控制器的不會改變切換時刻。此操作可確保的切換電動機控制裝置設定值時無沖擊。后來 Δ 0時，輸入的 er=e 。 混合動力驅動在 [11]中給出。模型的調整參數部分是從專用汽車 12]所得的。開發(fā)的仿真模型具有的一般框圖被示于圖 9。 圖 8 交換單元的方塊圖 11 圖 9 以下組的主要參數已被用于模擬調查： 電解鉛蓄 電池標稱容量 Q 00定電壓 U 8 V， ?定功率 P 5千瓦，標稱轉速速度 n 2300 ?柴油機額定功率 N = 120千瓦 ?液壓泵提供的標稱單位 0-6 m3/液壓缸活塞直徑 D = 10毫米，最大行程 S =?M= 680千克 ? 秒速度的提升 /降低： ?電池充電的初級水平 = 模擬調查被作為循環(huán)周期為 T =18秒假設的 職務執(zhí)行的，以下是幾個階段： ?- 解除平臺 ΔH= ?- 停車平臺， 秒， ?- 降低平臺 ΔH= 提升和下降 0和 11。 12 圖 10. 速度在 段 . 圖 11. 速度在 段 如 度設定值由 早期開始的平臺提升階段 （圖 10）和更低的階段（圖 11），當控制誤差最大， 實際系統(tǒng)中，這可能造成阻尼以低振幅的速度振蕩（參照圖 10）。 平臺速度的設定值和實際值在平臺運行的結束階段會無效。這個合理的方法，保證了所要平臺的位置。一個較低的平臺改變電池的充電水平。在 12。輕微電池放電過程被觀察到在 是由于由電動馬達裝載電池運行液壓泵所造成的。在 觀察到 量回收比率（在 約 36％為例被考慮。 13 圖 12 電池 建議配置電池放電的每一個責任周期是 連續(xù)循環(huán)的模擬得出結論， 920循環(huán)周期之后。這是相當于 14.6 圖 13。 4％并達到 12]。從而可以得出結論，即 下所述，為整個車輛的工作時間估計平均燃油消耗量可以降低約 24％。 圖 13 電池 降 5. 結束語 一個用于混合動力驅動，由 經研制成功。該系統(tǒng)允許轉移系統(tǒng)的工作點使其運動軌跡能達到最佳的節(jié)能效果區(qū)域。模擬混合動力驅動的調查結果，實驗驗證表明了所開發(fā)的控制系14 統(tǒng)的正確性。 取得的模擬結果已經制定了一個固定的基礎，發(fā)展用于發(fā)展原型實驗室控系統(tǒng)的調查。本文提出的控制系統(tǒng)結構可以考慮用在混合動力驅動器的應用程序中，其在占空比之后致動元件改變它的潛在能量。例如：叉車，高空作 業(yè)平臺，安裝轉盤的拖車，移動式起重機等。 計占車輛總成本的2 ％。為進一步推廣應用的技術經濟可行性，研究報告應詳細到每個個案。 致謝 作者答謝在波蘭教育部和高等教育部的資金支持下獲得 5 192： 為市政工程發(fā)展建設環(huán)保的專用車和機器的電動機械動力傳送單元。 參考文獻 [1] 2003 [2] F. 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