《多段機電複合傳動換段過程失穩機理與穩定性控制研究》是依託北京理工大學，由馬越擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：多段機電複合傳動換段過程失穩機理與穩定性控制研究
- 依託單位：北京理工大學
- 項目負責人：馬越
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
在當前純電動、混合動力等各種車輛電力驅動技術成為研究熱點的背景下，多段機電複合傳動作為混合動力的一種型式，既能夠滿足重型或非道路車輛的調速範圍寬、驅動功率大、輔助系統和特定功能系統用電等特殊需求，也可降低對車用電機的功率要求，具有良好的套用前景。開展多段機電複合傳動系統換段過程失穩機理及穩定性控制研究，基於哈密頓能量函式的方法建立發動機、功率耦合機構、電動機、動力電池組及DC/DC等部件的非線性動力學模型，通過數字仿真揭示換段過程能量傳遞與狀態轉換規律；利用Lyapunov穩定性理論分析機電複合傳動系統的穩定工作範圍及不穩定因素對系統的影響規律；基於反饋線性化理論設計合理的控制律，研製換段控制器，通過快速代碼生成和半實物仿真技術驗證控制算法的效果，實現多段機電複合傳動系統狀態轉換過程的穩定性控制，為自主研發高性能機電複合傳動裝置奠定必要的理論基礎。
結題摘要
根據項目資助計畫書中開展研究工作。經過兩年的努力，本課題完成了所有規定的研究內容： （1）機電複合傳動系統建模研究 有針對性地建立了機電複合傳動系統中功率耦合機構、渦輪增壓柴油發動機、電動機、發電機和動力電池組的動態數學模型。 功率耦合機構是實現機電功率分匯流的關鍵部件。分別構建了兩種複雜度的功率耦合機構動態數學模型：針對換段過程動載荷的研究，採用基於分散式純扭轉彈性參數的機械部件模型，以獲得對系統換段過程中的衝擊動載荷特徵的細緻描述；針對換段過程的失穩機理研究和控制策略最佳化，採用基於集總彈性參數的剛體動力學模型。試驗結果表明，兩種模型都具有較高精度，換段過程中衝擊載荷的作用時序誤差的描述小於3ms，滿足後續控制策略制定的需要。 渦輪增壓柴油發動機是多段式機電複合傳動系統最主要的能量來源。研究中建立了發動機的平均值模型，從而為分析由發動機動態轉矩引起的換段過程衝擊奠定基礎。台架試驗表明，所構建的基於平均值模型的發動機轉矩穩態相對誤差小於5%，動態相對誤差小於10%。 （2）多段機電複合傳動換段過程失穩機理及穩定性控制研究 通過對機電複合傳動系統換段過程分散式純扭彈性模型的系統特徵值的分析，證明其換段過程的穩定性，台架試驗證明了分析結論的正確性。基於中心流形定理，揭示了機電複合傳動系統模式轉換過程失穩的關鍵因素，提出了滿足穩定性和快速性條件約束下的發電載荷幅值、電機轉矩回響時間、發動機及其電控系統特性參數和機電複合傳動系統前傳動比等參數之間的數學規律，在本領域第一次針對該問題形成明確的理論描述。進一步地，通過最佳化制動器建壓特性曲線，可以降低發動機-發電機軸段動載荷，改善系統工作平順性。 （3）多段機電複合傳動換段過程穩定性實時協調控制算法研究 多段機電複合傳動系統的換段協調控制方法主要是用於保證換段過程的穩定性和快速性，並抑制換段過程的動載荷。首先設計了基於規則的無擾動切換控制器，最佳化了離合器和制動器的充放油規律，並進行了半實物仿真、台架試驗驗證和部分的道路試驗驗證。試驗結果表明，換段時間小於0.5s，滿足換段迅速的要求；最大衝擊度不超過10m/s3，改善了換段平穩性。進一步地，研究了基於前饋-反饋複合控制策略的換段過程協調控制方法，數字仿真結果表明，衝擊度的控制結果非常理想，近似為0m/s3，同時磨滑功不大於400J，綜合控制效果優異。
