本文關(guān)鍵詞： 非恒壓網(wǎng)絡(luò) 葉片式二次元件 葉片式液壓變壓器 蓄釋能裝置 Hamiltonian泛函法 復(fù)合智能控制　出處：《山東大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：二次調(diào)節(jié)靜液傳動(dòng)系統(tǒng)具有能量回收和重新利用的功能,在工程實(shí)踐中有著廣闊的應(yīng)用前景。二次調(diào)節(jié)系統(tǒng)在恒壓網(wǎng)絡(luò)工作時(shí),壓力基本恒定,蓄能器的壓力變化范圍較小,能量的回收、轉(zhuǎn)換儲(chǔ)存和重新利用受到了限制。所以,研究人員提出了兩個(gè)解決方法：一是讓二次調(diào)節(jié)系統(tǒng)在非恒壓網(wǎng)絡(luò)中工作,從而增大了液壓系統(tǒng)的工作壓力范圍；另一個(gè)是在液壓系統(tǒng)中采用液壓變壓器對(duì)工作壓力進(jìn)行無級(jí)調(diào)節(jié)。本文針對(duì)恒壓網(wǎng)絡(luò)中壓力變化小,限制了能量的回收和再利用等問題,在恒壓網(wǎng)絡(luò)二次調(diào)節(jié)靜液傳動(dòng)系統(tǒng)基礎(chǔ)上,提出了非恒壓網(wǎng)絡(luò)二次調(diào)節(jié)靜液傳動(dòng)系統(tǒng),研究了非恒壓網(wǎng)絡(luò)二次調(diào)節(jié)靜液傳動(dòng)系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)與關(guān)鍵技術(shù)。主要對(duì)葉片式二次元件與液壓變壓器的結(jié)構(gòu)、參數(shù)、性能,新型蓄釋能裝置的結(jié)構(gòu)方案與主要技術(shù)參數(shù),二次調(diào)節(jié)靜液傳動(dòng)系統(tǒng)的智能控制策略,及非恒壓網(wǎng)絡(luò)中二次調(diào)節(jié)靜液傳動(dòng)系統(tǒng)的性能進(jìn)行研究。論文的主要內(nèi)容包括：分析了非恒壓網(wǎng)絡(luò)二次調(diào)節(jié)靜液傳動(dòng)系統(tǒng)與恒壓網(wǎng)絡(luò)二次調(diào)節(jié)靜液傳動(dòng)系統(tǒng)的異同,基于流量耦聯(lián)的非恒壓網(wǎng)絡(luò)二次調(diào)節(jié)靜液傳動(dòng)系統(tǒng)適用于單個(gè)負(fù)載或并聯(lián)相同工況的多個(gè)負(fù)載工況,而基于壓力耦聯(lián)的恒壓網(wǎng)絡(luò)二次調(diào)節(jié)靜液傳動(dòng)系統(tǒng)則更適合于并聯(lián)多個(gè)不同工況負(fù)載。研究了非恒壓網(wǎng)絡(luò)二次調(diào)節(jié)靜液傳動(dòng)系統(tǒng)的節(jié)能原理和節(jié)能特點(diǎn)。本文對(duì)單、雙作用葉片式二次元件與液壓變壓器的結(jié)構(gòu)、參數(shù)、性能等問題進(jìn)行了研究,探討了其變量控制方法和變量機(jī)構(gòu)方案,并設(shè)計(jì)了單、雙作用葉片式二次元件與液壓變壓器的幾種變量裝置,研制了單、雙作用葉片式二次元件,并對(duì)其轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩特性和流量特性進(jìn)行了仿真研究。本文針對(duì)非恒壓網(wǎng)絡(luò)中靜液傳動(dòng)系統(tǒng)能量回收與再利用受負(fù)載變化影響大的缺點(diǎn),提出一種新型能量蓄存與釋放的控制方法并進(jìn)行相關(guān)理論研究,研究了蓄能控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方案,設(shè)計(jì)了新型蓄釋能裝置,該裝置由兩個(gè)及兩個(gè)以上的蓄能回路構(gòu)成,每個(gè)蓄能回路都是可控的。分析了蓄釋能裝置的儲(chǔ)能總?cè)莘e、最高與最低壓力,及各蓄能控制回路的壓力分配等。本文針對(duì)葉片式二次元件與液壓變壓器不同負(fù)載工況下,可控性受外界干擾影響較大及二次調(diào)節(jié)靜液傳動(dòng)系統(tǒng)的時(shí)滯、時(shí)變、非線性等不確定因素,根據(jù)實(shí)時(shí)控制的要求,設(shè)計(jì)了兩種控制器：一種是基于Hamiltonian泛函法的H∞控制器,用于公交客車并聯(lián)式二次調(diào)節(jié)混合動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)與挖掘機(jī)挖斗二次調(diào)節(jié)舉升裝置性能的仿真研究；另一種是充分利用模糊控制算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法和專家控制算法的優(yōu)點(diǎn),設(shè)計(jì)了一種復(fù)合智能控制算法,用于混合動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)性能的試驗(yàn)研究。根據(jù)靜液傳動(dòng)系統(tǒng)智能協(xié)調(diào)控制的要求,復(fù)合智能控制是通過設(shè)置控制系統(tǒng)最大誤差和最小誤差的閾值及其變化率的閾值,并與反饋控制信號(hào)的誤差及其變化量進(jìn)行比較,發(fā)出不同的指令信號(hào),對(duì)二次調(diào)節(jié)靜液傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制�；贖amiltonian泛函法的構(gòu)建了二次調(diào)節(jié)靜液傳動(dòng)系統(tǒng)的Hamiltonian形式,設(shè)計(jì)了基于Hamiltonian泛函法的二次調(diào)節(jié)靜液傳動(dòng)系統(tǒng)的H∞控制器。通過Hamiltonian泛函法,系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性明顯得到了改善,具有較強(qiáng)的抗干擾能力和良好的魯棒性,系統(tǒng)無超調(diào),響應(yīng)速度快,靜態(tài)誤差小。本文將上述研究的關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用到公交客車中,設(shè)計(jì)開發(fā)了公交客車并聯(lián)式二次調(diào)節(jié)混合動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng),研究了混合動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的控制策略、系統(tǒng)主要元件及參數(shù)匹配；建立了傳動(dòng)系統(tǒng)各元件的數(shù)學(xué)建模及系統(tǒng)的開環(huán)模型、閉環(huán)模型；對(duì)公交客車并聯(lián)式二次調(diào)節(jié)混合動(dòng)力性能進(jìn)行了轉(zhuǎn)速控制、扭矩控制、功率控制的性能仿真分析。探索了公交客車制動(dòng)能量回收、轉(zhuǎn)換儲(chǔ)存和再利用規(guī)律。扭矩控制慣性能回收效率最大,制動(dòng)時(shí)間最短；轉(zhuǎn)速控制慣性能回收效率次之,制動(dòng)時(shí)間次之；功率控制慣性能回收效率最小,制動(dòng)時(shí)間最長。還將上述研究的關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用到挖掘機(jī)中,設(shè)計(jì)了挖掘機(jī)挖斗二次調(diào)節(jié)液壓舉升裝置的結(jié)構(gòu),分析了其工作過程,探討了其節(jié)能機(jī)理,建立了液壓舉升裝置舉升和下降過程的數(shù)學(xué)模型,并對(duì)二次調(diào)節(jié)液壓舉升裝置的工作性能進(jìn)行了研究�；诙握{(diào)節(jié)靜液傳動(dòng)系統(tǒng)的性能實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上,對(duì)公交客車并聯(lián)式二次調(diào)節(jié)混合動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速控制、扭矩控制、功率控制性能進(jìn)行了模擬實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果吻合較好。還在長江牌CJ6920G4C10H客車底盤的基礎(chǔ)上,研制了并聯(lián)式二次調(diào)節(jié)靜液傳動(dòng)系統(tǒng)的混合動(dòng)力公交客車的樣車,并進(jìn)行了實(shí)車實(shí)驗(yàn),測(cè)試了不同工況下的油耗和節(jié)油率。通過本文的研究揭示了非恒壓網(wǎng)絡(luò)中二次調(diào)節(jié)靜液傳動(dòng)系統(tǒng)的節(jié)能特性,探索了能量回收、轉(zhuǎn)換儲(chǔ)存與再利用規(guī)律,初步建立起非恒壓網(wǎng)絡(luò)二次調(diào)節(jié)靜液傳動(dòng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)理論體系,為開發(fā)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的葉片式二次元件、液壓變壓器及其產(chǎn)業(yè)化,和二次調(diào)節(jié)靜液傳動(dòng)技術(shù)在工程上的廣泛應(yīng)用具有重大的推動(dòng)作用。
[Abstract]:Two secondary regulation hydrostatic transmission system has the function of energy recovery and reuse, has a wide application prospect in engineering practice. The two time adjustment system in the constant pressure network, the basic constant pressure accumulator, pressure range is small, the recovery of energy conversion, storage and reuse is limited. Therefore, researchers have proposed two solutions: one is to let the two regulating system in non constant pressure network, thereby increasing the range of the working pressure of the hydraulic system; the other is in the hydraulic system with hydraulic transformer to continuously regulate the working pressure. According to the change of pressure in the constant pressure network of small, limited energy recycling and reuse, in the constant pressure network two regulation hydrostatic transmission system based on the proposed non constant pressure network two secondary regulation hydrostatic transmission system, the non constant pressure network two times The theoretical basis and key technology section of hydrostatic transmission system. The main blade type hydraulic transformer and two element structure, parameters, performance, the new scheme can release storage device structure and main technical parameters, the intelligent control strategy of hydrostatic transmission system with two regulation, study performance and non constant pressure network in two secondary regulation hydrostatic transmission system. The main contents of this paper include: analysis of the similarities and differences between the non constant pressure network two regulation hydrostatic transmission system with constant pressure network two secondary regulation hydrostatic transmission system, flow coupled non constant pressure network two secondary regulation hydrostatic transmission system for multiple load on a single load or parallel based on working condition, and pressure coupling constant pressure network two hydrostatic transmission system based on is more suitable for parallel multiple different load. The non constant pressure network two regulating HYDROSTATICTRANSMISSION system section Principle and energy-saving features. In this paper, the structure, double acting vane two components and hydraulic transformer parameters, the performance of research, discusses the variable control method and variable mechanism scheme, and designs a single device, several variable double acting vane type hydraulic transformer with two components, development single, double acting vane two components, and the speed torque characteristics and flow characteristics are simulated. According to the non constant pressure network static energy recovery hydraulic system and reuse of load changes the shortcomings, puts forward a new type of energy storage and release control method and related theory study on storage structure scheme of the control system, design a new type of energy storage and release device, the device consists of two or more than two of the energy storage circuit, each storage circuit is controllable. Analysis of energy storage and release The storage volume, maximum and minimum pressure, and the energy storage control circuit of pressure distribution. According to the two elements and the blade type hydraulic transformer in different load conditions, the controllability of the interference effects of delay, hydrostatic transmission system and two times larger adjustment of time-varying, nonlinear and uncertain factors and according to the requirements of real-time control, we design two controllers: a H controller based on Hamiltonian functional method, for bus parallel two times adjustment of hybrid power system and Simulation of excavator bucket lifting device of the two regulation; the other is to make full use of advantages of neural fuzzy control algorithm. Network algorithm and expert control algorithm, design a composite intelligent control algorithm for the experimental study on the performance of the hybrid power system. According to the static requirements of intelligent coordinated control of hydraulic system, Compound intelligent control is through the threshold and the change of control system, the maximum error and minimum error rate threshold, and compared with the error and its change rate feedback control signals, signals of different, the two regulating HYDROSTATICTRANSMISSION system real-time control. Hamiltonian functional method constructs the hydrostatic transmission system two the regulation of Hamiltonian form based on the design of H controller of hydrostatic transmission system Hamiltonian functional method based on adjustment of two. By Hamiltonian functional method, the dynamic characteristics of the system have been improved significantly, and has strong anti-interference ability and good robustness. The system has no overshoot, fast response and small static error this paper will study the application. The key technique in the design and development of the bus, bus parallel two times adjustment hybrid power transmission system of hybrid transmission. The control strategy of pneumatic system, matching components and parameters of the system; an open loop model, mathematical modeling and system components of the transmission system of the closed-loop model; carry on the speed control of the bus, parallel two times adjustment performance of hybrid torque control, performance simulation of power control. To explore the bus braking energy recovery, storage and utilization of conversion rules. The torque control inertial power recovery efficiency, the shortest time of braking speed control; inertial energy recovery efficiency of the braking time; power control inertial power recovery efficiency minimum, braking time is the longest. The application of the key technology of the research to the excavator, excavator design the bucket structure of two hydraulic lifting device, analyzes its working process, discusses the energy saving mechanism, a hydraulic lifting device for lifting and lowering of Mathematics The model, and the working performance of the two hydraulic lifting device is studied. Based on the experiment platform of hydrostatic transmission system with two times the adjustment of bus, parallel two times adjustment of hybrid powertrain speed control, torque control, power control performance in the simulation experiment, the experimental results are in good agreement with the the simulation results also. Based on the Yangtze card of CJ6920G4C10H bus chassis, a prototype developed hybrid bus parallel type two hydrostatic transmission system, and the real vehicle experiments under different working conditions of fuel consumption and fuel saving rate test. Such characteristics of non constant pressure network in two secondary regulation hydrostatic transmission system was revealed through this study, to explore the energy recovery, storage and reuse rules, establish the basic theory system of non constant pressure network two secondary regulation hydrostatic transmission system, open The two stage components, hydraulic transformer and its industrialization, and the two regulation hydrostatic transmission technology, which have independent intellectual property rights, play a significant role in the wide application of engineering.

【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TH137

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本文編號(hào)：1515601