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中文譯文
混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)車(chē)輛安裝高空作業(yè)平臺(tái)的控制策略
Janusz Krasucki a, Andrzej Rostkowski a, Lukasz Gozdek b, Micha? Barty? b,
a Construction Equipment Research Institute, Napoleona 2, 05-230 Kobyka, Poland
b Warsaw University of Technology, Institute of Automatic Control and Robotics, Boboli 8, 02-525 Warsaw, Poland
摘要
本文提出的發(fā)展過(guò)程即假設(shè)，建造，模擬和分析混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)車(chē)輛安裝高空作業(yè)平臺(tái)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(dāng)?shù)哪茉丛偕?，通過(guò)電化學(xué)形式儲(chǔ)存能量?？刂撇呗允菄@上下分層控制系統(tǒng)的概念建立起來(lái)的。高空作業(yè)平臺(tái)的高程控制被假定為控制系統(tǒng)的主要目標(biāo)?？刂葡到y(tǒng)的第二個(gè)目標(biāo)是制定明確的跟蹤和保持在預(yù)定義的范圍內(nèi)的可再充電的電化學(xué)蓄電池的充電水平。在Matlab-Simulink環(huán)境下開(kāi)發(fā)控制系統(tǒng)的仿真模型。控制系統(tǒng)仿真的示范性成果被一個(gè)液壓動(dòng)力結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)安裝在特殊車(chē)輛MONTRAKS上的高空作業(yè)平臺(tái)例子所顯示。
關(guān)鍵字：控制策略，混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)，能量恢復(fù)，環(huán)境的保護(hù)，模糊邏輯
從這篇文章中的圖和表：
如圖1所示.MONTRAKS 3PS的專(zhuān)用車(chē)
1.介紹
減少車(chē)輛的廢氣排放一直是多年的研究目標(biāo)，部分是迫于日益嚴(yán)格的環(huán)保立法。在1997年12月的第三屆締約方會(huì)議通過(guò)的“京都議定書(shū)”，旨在減少相比于1990年的溫室氣體排放量（GHG）平均水平的5％。2005年2月16日由俄羅斯批準(zhǔn)后生效。
作為一個(gè)用于減少溫室氣體排放，提高燃油經(jīng)濟(jì)性和能源效率的裝置，混合動(dòng)力系統(tǒng)正在受到關(guān)注。
混合驅(qū)動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)動(dòng)態(tài)的增長(zhǎng)已經(jīng)多年?，F(xiàn)代，有11個(gè)大型汽車(chē)制造商用于交付或深入發(fā)展混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)型的車(chē)輛。即使這些車(chē)商主要是專(zhuān)供乘用車(chē)部分，應(yīng)當(dāng)強(qiáng)調(diào)的是他們進(jìn)行了顯著的努力，從而實(shí)現(xiàn)了混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)卡車(chē)，送貨車(chē)和公交車(chē)[1,2]。
West Start-CALSTART[3]，一個(gè)先進(jìn)的運(yùn)輸技術(shù)財(cái)團(tuán)，在美國(guó)陸軍國(guó)家汽車(chē)中心（NAC）的支持下，組織一部分混合動(dòng)力卡車(chē)用戶(hù)論壇（HTUF?）計(jì)劃試點(diǎn)項(xiàng)目，以加快和協(xié)助混合商業(yè)化。根據(jù)制定的CAL-START的預(yù)測(cè)，混合驅(qū)動(dòng)車(chē)的市場(chǎng)份額在2010年將達(dá)到約9％的增長(zhǎng)，2020年將達(dá)到近18.5％的增長(zhǎng)。
還有重型機(jī)器和特殊用途車(chē)輛，都是實(shí)現(xiàn)混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的解決方案可能出現(xiàn)的對(duì)象。但也有一些疑惑，該應(yīng)用程序在經(jīng)濟(jì)上是否是可行的?？紤]到乘用車(chē)，在有關(guān)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(fù)荷機(jī)器的情況下，高空作業(yè)平臺(tái)的挑選和攜帶移動(dòng)式起重機(jī)專(zhuān)用車(chē)輛的升降設(shè)備，應(yīng)考慮其在混合動(dòng)力解決方案中的應(yīng)用驅(qū)動(dòng)與操作制約和應(yīng)用。
在許多情況下，該類(lèi)機(jī)械的工作條件強(qiáng)烈限制或甚至消除燃燒的應(yīng)用引擎。特別是封閉的空間領(lǐng)域，如工廠(chǎng)商店，倉(cāng)庫(kù)，本質(zhì)安全區(qū)等。當(dāng)前實(shí)現(xiàn)柴油 - 電力驅(qū)動(dòng)，可大大推廣使用該種設(shè)備。另一方面，和其他用于加工的市政服務(wù)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(chē)，電車(chē)的牽引網(wǎng)絡(luò)服務(wù)車(chē)輛等）的公共服務(wù)領(lǐng)域相比，是非常獨(dú)特的。經(jīng)常由市民報(bào)道，有關(guān)于服務(wù)項(xiàng)目問(wèn)題的解決是關(guān)乎于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的噪聲的水平。
一個(gè)由瓦拉公司[4] 設(shè)計(jì)電池供電的起重機(jī)路線(xiàn)的例子，就如何滿(mǎn)足不斷增加的法規(guī)控制室內(nèi)起重作業(yè)時(shí)的環(huán)境條件，最近對(duì)混合解決方案將報(bào)盤(pán)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(tái)設(shè)備的中型卡車(chē)的混合動(dòng)力系統(tǒng)。伊頓公司從2007年8月開(kāi)始使中型混合動(dòng)力系統(tǒng)的各種應(yīng)用商業(yè)化，例如一個(gè)：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(dòng)力車(chē)輛，被定義為一個(gè)具有一個(gè)以上的源功率。雖然幾種不同類(lèi)型的混合解決方案雖已在過(guò)去被考慮，但目前仍在接受進(jìn)一步的廣泛研究，如混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)（HEV）[1]，它使用的電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)和電池組（或其他電存儲(chǔ)設(shè)備）和機(jī)械混合動(dòng)力汽車(chē)用飛輪來(lái)儲(chǔ)存能量?；旌弦簤旱能?chē)輛（HHVs）[2]，車(chē)輛加速時(shí)的制動(dòng)過(guò)程中它存儲(chǔ)捕獲的動(dòng)能，并將其存儲(chǔ)在液壓氣動(dòng)蓄能器并返回能量傳動(dòng)系統(tǒng)。各個(gè)不同結(jié)構(gòu)的混合驅(qū)動(dòng)器（串行和并行）開(kāi)發(fā)[7,8]。
混合電力系統(tǒng)維護(hù)傳統(tǒng)的傳動(dòng)系體系結(jié)構(gòu),當(dāng)添加一個(gè)能夠提高發(fā)動(dòng)機(jī)功率的電氣時(shí)。
該系統(tǒng)的一個(gè)特點(diǎn)是它通常能夠恢復(fù)在制動(dòng)和儲(chǔ)存時(shí)丟失的能量，并存儲(chǔ)在電池中。存儲(chǔ)的能量被用于改善燃油經(jīng)濟(jì)性和車(chē)輛性，只能為給定速度或用于操作車(chē)輛的電力系統(tǒng)。
混合動(dòng)力傳動(dòng)系的控制比控制的ICE唯一的動(dòng)力傳動(dòng)系要復(fù)雜得多。首先，需要在五種可能的模式（只有電動(dòng)機(jī)，僅發(fā)動(dòng)機(jī)，動(dòng)力輔助，充電和再生）中確定最佳的操作模式。此外，當(dāng)動(dòng)力輔助模式或再充電模式被選擇，則發(fā)動(dòng)機(jī)功率和電機(jī)功率需要進(jìn)行選擇，以達(dá)到最佳燃油經(jīng)濟(jì)性，電池充電的平衡性和可操作性。隨著增加的動(dòng)力傳動(dòng)系的復(fù)雜性和需要實(shí)現(xiàn)多個(gè)的目標(biāo)，最常用的是采用兩級(jí)控制體系結(jié)構(gòu)[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(diào)查主要集中在車(chē)輛制動(dòng)階段的動(dòng)能再生。
在本文中，設(shè)計(jì)一個(gè)動(dòng)力管理控制系統(tǒng)，被描述成是一個(gè)配有液壓高空作業(yè)平臺(tái)（AWP）設(shè)備的專(zhuān)用汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。AWP對(duì)該類(lèi)型的車(chē)輛（被迫停止的占空比）處理應(yīng)認(rèn)真考慮負(fù)載勢(shì)能的可回收性[11,12]。
混合驅(qū)動(dòng)相比其他被提議的解決方案的主要優(yōu)點(diǎn)是它是一個(gè)簡(jiǎn)單的驅(qū)動(dòng)架構(gòu)。它不同于已知的解決方案，那些廣泛適用于私家車(chē)。經(jīng)典方法（私家車(chē)）是需要完全重新設(shè)計(jì)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)。創(chuàng)新的方法對(duì)于特殊用途的車(chē)輛，只需要擴(kuò)展經(jīng)典的ICE驅(qū)動(dòng)和擴(kuò)展單元。擴(kuò)展單元組成的電動(dòng)機(jī)加上液壓泵/馬達(dá)。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(jiǎn)單的從功率流的角度出發(fā)，它任需求先進(jìn)的控制系統(tǒng)策略。
兩層分層控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)在本文中被提到。較低的控制水平是被本地經(jīng)典的比例 - 積分 - 微分（PID）控制器所應(yīng)用建造的。一個(gè)更高的控制水平是周?chē)纬闪艘粋€(gè)模糊邏輯控制器(FLC)，目的是對(duì)低水平本地控制器動(dòng)態(tài)設(shè)置控制規(guī)則。
2.目標(biāo)系統(tǒng)的特點(diǎn)：
一個(gè)專(zhuān)業(yè)的汽車(chē)MONTRAKS的（圖1）打算利用市政通信服務(wù)維修和保養(yǎng)電車(chē)、有軌電車(chē)架空導(dǎo)線(xiàn)的系統(tǒng)，以及組裝和拆卸的軌道部。
圖2結(jié)構(gòu)的混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)單元理念：X - 活塞桿的位移，V - 活塞桿速度，p1- 活塞式壓力，R 1 - 閥（8）的開(kāi)關(guān)信號(hào)，p2的 - 供應(yīng)壓力，R2 - 切換閥（7）的信號(hào)- EM轉(zhuǎn)速，U - 電池電壓，I - 電池電流，n2 - ICE轉(zhuǎn)速
通常，這種類(lèi)型的車(chē)輛在設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，為定期卡車(chē)的底盤(pán)配備了相應(yīng)的工作配件。該設(shè)備是建立在架空工作嵌入式平臺(tái)（AWP）（1）驅(qū)動(dòng)的動(dòng)臂（2）的端部的兩個(gè)液壓缸和液壓回轉(zhuǎn)馬達(dá)（3）的集合。除了標(biāo)準(zhǔn)的道路上運(yùn)行的輪胎，這些車(chē)輛的主要特征是可能在軌道上繼續(xù)運(yùn)行。具有低速液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的額外的（4）軌道輪組實(shí)現(xiàn)了這一目標(biāo)。
常常，牽引網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)和修理要耗時(shí)整晚，大都消耗在操作上。對(duì)于在維修工作的時(shí)間期間進(jìn)行的，該車(chē)輛被停放;代替發(fā)動(dòng)機(jī)連續(xù)不斷地運(yùn)行，并且驅(qū)動(dòng)液壓泵供應(yīng)油給液壓設(shè)備。在這個(gè)執(zhí)行階段周期，工作設(shè)備的功率需求很低 - 值不超過(guò)3％，由于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的額定功率[2] 接近它的低效率和重大排放量操作點(diǎn)的區(qū)域。同時(shí)，柴油機(jī)還產(chǎn)生特別惱人的噪音。
上述缺點(diǎn)可以消除，例如通過(guò)引入額外的由一個(gè)電化學(xué)電池組成的電動(dòng)機(jī)（EM）。在這種情況下，ICE將提供機(jī)械動(dòng)力當(dāng)車(chē)輛偏移操作區(qū)域時(shí)。停車(chē)時(shí)車(chē)輛的動(dòng)力向EM以及可選的ICE工作設(shè)備索取，從而保持車(chē)輛平衡。
討論的混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖 2。
用于電機(jī)的能源供給的是一組電化學(xué)蓄能器（5）。驅(qū)動(dòng)設(shè)備單元的主要?jiǎng)恿υ词荅M。電動(dòng)機(jī)牽引參數(shù)由脈沖寬度調(diào)制器（6）控制。它可能扭轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行到發(fā)電機(jī)模式。EM運(yùn)行的液壓泵（3）供應(yīng)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)。 ICE，選擇適當(dāng)?shù)墓ぷ鼽c(diǎn)進(jìn)行試轉(zhuǎn)，成為第二液壓泵（2）。液壓油流量（2）和（3）在公共電源線(xiàn)上被添加在一起。液壓切換閥（7）和（8）重定向油流量在干線(xiàn)電源上通過(guò)，要么儲(chǔ)罐溢流到油箱閥或液壓缸下活塞的腔室（9）?；钊祝?）控制仰角臂（10）和間接高空作業(yè)平臺(tái)部（11）的位置。很明顯，氣缸（9）控制負(fù)載的勢(shì)能Q從而影響平臺(tái)的提升或降低。
圖3 結(jié)構(gòu)的控制系統(tǒng)，概念:sp xp -定位點(diǎn)的位置。光伏xp -實(shí)際值的位置；e xp -用位置控制誤差；sp vp -定位點(diǎn)取消或降低速度的實(shí)際工作壓力；光伏vp -實(shí)際價(jià)值,用速度；sp SOC -定位點(diǎn)的電池SOC；太陽(yáng)能光伏電池SOC -實(shí)際價(jià)值的電池SOC；pv p1 -實(shí)際價(jià)值的壓力p1；光伏p2 -實(shí)際價(jià)值的壓力p2；OUT2 - PID控制器的輸出。
圖4 用隸屬函數(shù)的位置控制誤差
以下幾個(gè)階段是加以區(qū)別的占空比混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)單元：
?SPL階段 - 提升的AWP，
?SPD階段 - 較低的AWP，
?SPP階段 - 停車(chē)的AWP。
在SPL階段，由于氣缸（9）的活塞式運(yùn)轉(zhuǎn)以及適當(dāng)?shù)牡鯒U上升運(yùn)轉(zhuǎn)，油流的添加或分化從泵（2）和（3）發(fā)生。萬(wàn)一流動(dòng)減少，一個(gè)泵流量的一部分會(huì)被引導(dǎo)到主電源線(xiàn)，所述提供一部分驅(qū)動(dòng)流量的泵（3）切換到電動(dòng)機(jī)模式。在SPD階段，油的流動(dòng)方向在主油壓供給線(xiàn)上發(fā)生變化，油運(yùn)行泵（3）和機(jī)械耦合的電動(dòng)馬達(dá)（4）。在這兩個(gè)階段中它可能供給汽缸（9）通過(guò)油供給泵（3）由電動(dòng)馬達(dá)（4）驅(qū)動(dòng)。電池充電（5）發(fā)生在SPP階段。在此階段中， AWP是被固定的，泵（3）是由石油供給給泵（2）所驅(qū)動(dòng)的。
3.控制策略
在一般情況下，功率控制策略的主要目標(biāo)是操作混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)時(shí)盡可能達(dá)到高的能源效率和低的排放量，同時(shí)保持指定車(chē)的輛性能[13]?？刂葡到y(tǒng)的主要任務(wù)是最大限度地利用電力的混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)。MONTRAKS車(chē)輛的噪聲水平和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行符合相對(duì)應(yīng)的具體要求。
這可以通過(guò)應(yīng)用被建議的功率控制戰(zhàn)略來(lái)實(shí)現(xiàn)。這一戰(zhàn)略是基于通過(guò)控制一組電池的電荷（SOC）的狀態(tài)從而操作AWP使其速度接近于所需的軌跡以及捕獲有效的再生能量。因?yàn)樗俏ㄒ豢赡艿?，SPL和SPD占空比的階段，應(yīng)使用電力驅(qū)動(dòng)。
SOC是目前電池充電時(shí)瞬間可能存儲(chǔ)在電池中最大比例的電荷。
t = T時(shí)，可表示為：
;
其中：
Q（t0）= Q max的最大容量的電池中，SOC（t0）= 1，
i(t)的電池充電或充電電流。
同時(shí)，一個(gè)電池組的SOC應(yīng)控制在最小的SOC和最大的SOC之間，從而有效的得到能源的再生制動(dòng)，使能量最少的丟失和對(duì)電池組的壓力最小。最低和最高的SOC的標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)電池吸收再生能量的能力，并重新啟動(dòng)交通工具系統(tǒng)所確定的。在一般情況下，最小的SOC標(biāo)準(zhǔn)和最大SOC標(biāo)準(zhǔn)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(duì)于在SOC標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)大跨度地操作可能會(huì)降低電池的使用壽命，同時(shí)受放電深度的影響。因此，SOC水平應(yīng)適當(dāng)?shù)卮_定在最佳的最小和最大之間的水平[SOC min, SOC max].?？紤]到電池的充電和放電效率，本文的SOC范圍被設(shè)置為[0.3，0.8]。
發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)之間的流量分布可以通過(guò)驅(qū)動(dòng)反應(yīng)的程度（DOH）來(lái)確定：
其中：PICE - 發(fā)動(dòng)機(jī)的功率，PMOT - 電機(jī)功率。
合并后的電源管理/設(shè)計(jì)優(yōu)化問(wèn)題可寫(xiě)為如下：
在 SPL 和SPD 階段出現(xiàn)最大值DOH
其中：
XSP（T）所需的AWP軌跡
XPV（t）實(shí)際的AWP軌跡。
為這個(gè)目的所設(shè)計(jì)出的控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)在圖3。
圖3示出的控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。該控制系統(tǒng)由兩個(gè)循環(huán)：
- AWP的位置和速度的控制，
- 控制電池組的SOC。
每個(gè)回路可以控制電動(dòng)機(jī)控制器?？刂菩盘?hào)是受邏輯單元管理。它的目標(biāo)是適當(dāng)?shù)臅r(shí)刻供應(yīng)平穩(wěn)切換的控制信號(hào)。AWP控制系統(tǒng)用一個(gè)級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)來(lái)定位和控制速度。模糊控制器處理AWP的速度。其是從實(shí)際的和需求的平臺(tái)位移來(lái)計(jì)算的。輔助控制器SP_vp的速度信號(hào)，被美聯(lián)儲(chǔ)以經(jīng)典的PID控制器作為參考，把它與實(shí)際速度的平臺(tái)PV_sp相比。第二控制回路電池的SOC保持在預(yù)定義的限制范圍。這個(gè)循環(huán)是由PID控制器和邏輯單元組成的。 PID單元通過(guò)連續(xù)調(diào)節(jié)的液壓閥位置控制管理電池的充電水平。
3.1 AWP位置控制器
AWP控制器的開(kāi)發(fā)是基于已經(jīng)開(kāi)發(fā)的經(jīng)典的級(jí)聯(lián)控制器PID和控制器FLC。 FLC已經(jīng)被選中，因?yàn)槠溥m合控制的非線(xiàn)性，多領(lǐng)域的控制，并隨時(shí)間變化有多種不確定因素[3]的工廠(chǎng)。該控制器有兩個(gè)輸入：一個(gè)AWP（SP_xp-PV_xp）控制位置誤差，和一個(gè)AWP（PV_vp）測(cè)當(dāng)前速度。 FLC為PID控制器的電動(dòng)馬達(dá)計(jì)算AWP的速度SP_vp的定位值。
FLC[14]由三個(gè)基本的??的塊組成：模糊化，推斷和非模糊化。控制器的輸入是在模糊塊被統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)模糊化。事實(shí)上，模糊化把清晰的空間映射到模糊的空間。在這個(gè)過(guò)程中，對(duì)于適當(dāng)?shù)哪：担：?，把每個(gè)鮮明的輸入信號(hào)的每個(gè)樣品被轉(zhuǎn)變?yōu)橐唤M數(shù)字信號(hào)理解為這個(gè)樣本的隸屬度。 同一的模糊化標(biāo)準(zhǔn)輸入被供應(yīng)到一個(gè)推理機(jī)。 推理機(jī)是在模糊輸入，模糊邏輯規(guī)則和知識(shí)嵌入在規(guī)則庫(kù)中（圖6）進(jìn)行模糊輸出。該規(guī)則是根據(jù)相應(yīng)的知識(shí)或通過(guò)依靠資料學(xué)習(xí)或從真實(shí)的后天獲得或模擬實(shí)驗(yàn)建立起來(lái)的。模糊輸出從推理機(jī)被轉(zhuǎn)化成鮮明值通過(guò)依靠非模糊化程序。模糊化的過(guò)程中，專(zhuān)門(mén)三角形和梯形隸屬函數(shù)已被使用。每個(gè)模糊AWP速度控制器的輸入，都是依靠同一模糊化標(biāo)準(zhǔn)的7個(gè)隸屬函數(shù)的裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)的（參見(jiàn)圖4和5）。
推理過(guò)程中應(yīng)用的規(guī)則庫(kù)描繪在圖 6。規(guī)則庫(kù)被設(shè)定定量的知識(shí)集。總共有49個(gè)規(guī)則已經(jīng)被FLC論證。對(duì)于清晰度，規(guī)則庫(kù)以彩色矩陣的形式顯示。每個(gè)條目的矩陣對(duì)應(yīng)于適當(dāng)?shù)哪：妮敵觯⊿P_vp）;呈現(xiàn)在圖6的右側(cè)垂直條的形式 。
圖6 速度規(guī)則基于FLC使用，使用概念是表1中給出
傳統(tǒng)的重力中心[14]的方法已被應(yīng)用于模糊輸出的非模糊化。先進(jìn)的FLC的控制面已示于圖7中。正如上面提到的，從FLC輸出供應(yīng)到AWP的速率PID控制器。AWP的速率被控制輸入到后續(xù)的控制系統(tǒng)，通過(guò)控制油壓泵（圖2）旋轉(zhuǎn)的速度。速度控制器的設(shè)置經(jīng)過(guò)精心調(diào)校，以確保非周期性過(guò)渡（不過(guò)沖），即使在分步激發(fā)的情況下（參見(jiàn)圖10和11）。
3.2 SOC控制器
線(xiàn)性PID控制器的已被應(yīng)用于控制電池的SOC（圖3）。SOC的實(shí)際值從Ep被連續(xù)地估算。（1）使用電池電流測(cè)量。一個(gè)額外的控制單元允許用于驅(qū)動(dòng)電動(dòng)液壓閥的線(xiàn)圈閥R1和R2。電動(dòng)液壓閥的控制信號(hào)，用于獲得供應(yīng)壓力p2的測(cè)量，根據(jù)活塞壓力P1，以及電池的電流和電壓（I，U）。
在提升階段的AWP，所述的控制單元提供了的電動(dòng)液壓閥（7）和（8）的一個(gè)適當(dāng)?shù)募ぐl(fā)。結(jié)果，根據(jù)氣缸的滑閥腔的與主油壓供給線(xiàn)連接。后一個(gè)AWP要求的位置達(dá)到時(shí)，閥（8）朝著它的中間位置驅(qū)動(dòng)，這將完成的平臺(tái)的移動(dòng)。在這里，內(nèi)燃機(jī)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，AWP的意外震搖所導(dǎo)致的負(fù)載變化。電動(dòng)液壓閥（7）將切換到位置，引導(dǎo)油從泵（2）到油箱在達(dá)到所要求的電池充電水平之后。
從低級(jí)階段的平臺(tái)開(kāi)始，控制單元再次切換閥（7），均衡的供應(yīng)和根據(jù)活塞油的壓力。緊隨其后，閥（8）將被切換成上下移動(dòng)的平臺(tái)。勢(shì)能平臺(tái)在這一運(yùn)動(dòng)期間被轉(zhuǎn)換成電的形式，并用于電池充電。
圖7 控制表面的FLC
3.3 無(wú)沖擊切換系統(tǒng)
模擬實(shí)驗(yàn)顯示，在控制單元的操作模式切換期間會(huì)出現(xiàn)控制信號(hào)的逐步變化。這種現(xiàn)象應(yīng)該被消除，因?yàn)樗赡芙档突旌蟿?dòng)力驅(qū)動(dòng)的可靠性數(shù)據(jù)。例如，一個(gè)逐步改變的的控制信號(hào)，強(qiáng)制電動(dòng)馬達(dá)動(dòng)態(tài)變化的旋轉(zhuǎn)速度，導(dǎo)致壓力在供油線(xiàn)擺動(dòng)。
一個(gè)特別小組已經(jīng)開(kāi)發(fā)，以避免突然變化的混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)的潛在影響。 “
本單元的概念已被示于圖 8。
塊P1，I1，D1分別表示：成比例的PID1控制器的加-積分 加-導(dǎo)數(shù)成分。控制器的主要部分是配有設(shè)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PID1和PID2的OUT1和OUT2。在控制器輸出切換的時(shí)刻，跟蹤系統(tǒng)的設(shè)置輸出的積分動(dòng)作I1和I2的值滿(mǎn)足下列條件：
一）I1= OUT1切換到SOC控制器，
二）I2=OUT2時(shí)，切換到AWP速度控制器。
控制誤差值e切換的時(shí)刻（t = 0時(shí)）補(bǔ)償輔助值e k，由校正單元生成。校正值e k從值E0= SP_vp-PV_vp下降到零值，在預(yù)定義的時(shí)間間隔Δt內(nèi)。這意味著，OUT1和OUT2的值將等于在轉(zhuǎn)換i.e. 控制值時(shí)對(duì)于直流電動(dòng)機(jī)控制器的不會(huì)改變切換時(shí)刻。此操作可確保的切換電動(dòng)機(jī)控制裝置設(shè)定值時(shí)無(wú)沖擊。后來(lái)Δt消逝i.e.= 0時(shí)，輸入的PID1控制器er=e 。
4.模擬調(diào)查
混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)在Matlab的Simulink環(huán)境下的分析模型的基礎(chǔ)上已經(jīng)進(jìn)行了模擬調(diào)查。圖
[11]中給出。模型的調(diào)整參數(shù)部分是從專(zhuān)用汽車(chē)MONTRAKS的開(kāi)發(fā)調(diào)查[12]所得的。開(kāi)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
圖9 MONTRAKS驅(qū)動(dòng)裝置模型的方塊圖
以下組的主要參數(shù)已被用于模擬調(diào)查：
電解鉛蓄電池標(biāo)稱(chēng)容量Q nom=200Ah;額定電壓U nom=48 V，
?DC電機(jī)：額定功率P nom = 5千瓦，標(biāo)稱(chēng)轉(zhuǎn)速速度n nom =2300 rpm，
?柴油機(jī)額定功率N = 120千瓦
?液壓泵提供的標(biāo)稱(chēng)單位QP =42.3?10-6 m3/rev
?液壓缸活塞直徑D = 10毫米，最大行程S =0.65米
?AWP的慣性負(fù)載：M= 680千克
?AWP允許以V max=0.5米/秒速度的提升/降低：
?電池充電的初級(jí)水平SOC（T0）= 0.8。
模擬調(diào)查被作為循環(huán)周期為T(mén) =18秒假設(shè)的職務(wù)執(zhí)行的，以下是幾個(gè)階段：
?SPL階段 - 解除平臺(tái)ΔH=1.6米，
?SPP階段 - 停車(chē)平臺(tái)，tp=5秒，
?SPD階段 - 降低平臺(tái)ΔH=1.6米。
提升和下降A(chǔ)WP速度的模擬結(jié)果已給定圖10和11。
圖10. AWP 的速度在 SPL 階段.
圖11. AWP 的速度在SPD 階段
如3.1節(jié)中提到的，速度設(shè)定值由FLC生成。在早期開(kāi)始的平臺(tái)提升階段（圖10）和更低的階段（圖11），當(dāng)控制誤差最大，F(xiàn)LC快速推動(dòng)最大的輸出值。在實(shí)際系統(tǒng)中，這可能造成阻尼以低振幅的速度振蕩（參照?qǐng)D10）。 平臺(tái)速度的設(shè)定值和實(shí)際值在平臺(tái)運(yùn)行的結(jié)束階段會(huì)無(wú)效。這個(gè)合理的方法，保證了所要平臺(tái)的位置。一個(gè)較低的平臺(tái)改變電池的充電水平。在A(yíng)WP的工作期間SOC的改變示于圖 12。輕微電池放電過(guò)程被觀(guān)察到在SPP階段。這是由于由電動(dòng)馬達(dá)裝載電池運(yùn)行液壓泵所造成的。在SPD階段，可觀(guān)察到SOC增加是由平臺(tái)的勢(shì)能轉(zhuǎn)換和再生的。能量回收比率（在SPD階段熱能源的份額比上SPL階段所使用的能源）以約36％為例被考慮。
圖12 電池SOC改變占空比期間
建議配置電池放電的每一個(gè)責(zé)任周期是0.017％。連續(xù)循環(huán)的模擬得出結(jié)論，SOC達(dá)到其最低值0.3在2920循環(huán)周期之后。這是相當(dāng)于14.6 h工作時(shí)間，見(jiàn)圖13。AWP的有效使用時(shí)間占整個(gè)工作周期時(shí)間74％并達(dá)到2.5小時(shí)[12]。從而可以得出結(jié)論，即AWP的驅(qū)動(dòng)電源只有在電池不過(guò)度放電時(shí)才能夠供給的電動(dòng)機(jī)。如下所述，為整個(gè)車(chē)輛的工作時(shí)間估計(jì)平均燃油消耗量可以降低約24％。
圖13 電池SOC下降
5.結(jié)束語(yǔ)
一個(gè)用于混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)，由AWP速度控制器，AWP位置控制器和電池充電控制器組成的兩級(jí)多輸出控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，已經(jīng)研制成功。該系統(tǒng)允許轉(zhuǎn)移系統(tǒng)的工作點(diǎn)使其運(yùn)動(dòng)軌跡能達(dá)到最佳的節(jié)能效果區(qū)域。模擬混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的調(diào)查結(jié)果，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證表明了所開(kāi)發(fā)的控制系統(tǒng)的正確性。 取得的模擬結(jié)果已經(jīng)制定了一個(gè)固定的基礎(chǔ)，發(fā)展用于發(fā)展原型實(shí)驗(yàn)室控系統(tǒng)的調(diào)查。本文提出的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可以考慮用在混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)器的應(yīng)用程序中，其在占空比之后致動(dòng)元件改變它的潛在能量。例如：叉車(chē)，高空作業(yè)平臺(tái)，安裝轉(zhuǎn)盤(pán)的拖車(chē)，移動(dòng)式起重機(jī)等。MONTRAKS需要增加現(xiàn)有的高空作業(yè)平臺(tái)驅(qū)動(dòng)器的投資，估計(jì)占車(chē)輛總成本的2％。為進(jìn)一步推廣應(yīng)用的技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行性，研究報(bào)告應(yīng)詳細(xì)到每個(gè)個(gè)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 TO7C 0192：
為市政工程發(fā)展建設(shè)環(huán)保的專(zhuān)用車(chē)和機(jī)器的電動(dòng)機(jī)械動(dòng)力傳送單元。
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