仿真结果分析：探究数据的实质

根据上节的理论分析，为了验证稳定性判定条件中几个关键参数对机电复合传动系统由空挡到停车发电模式切换过程的稳定性影响，本节将基于仿真平台开展数值仿真分析与验证。仿真条件设置见表6.1。

表6.1　仿真条件设置

空挡到停车发电模式切换过程各部件的操作顺序为：0～10 s，机电复合传动系统处于空挡模式，发动机进入全程调速模式；在第10 s时，接合制动器BK；在第18 s时，发电机给定参考转矩，并开始产生电功率，机电复合传动系统进入停车发电模式。从图6.8（a）～（c）的仿真结果可以看出，当给定发电机载荷较大且阶跃载荷上升时间较快，发动机初始工作转速低于1 500 r/min 时，由空挡转换为停车发电模式，机电复合传动系统会出现失稳，表现为发动机停机，发动机的转速和转矩均为零；图6.8（d）的仿真结果说明，当给定条件不变且发动机初始工作转速上调到1 500 r/min时，由空挡转换为停车发电模式机电复合传动系统工作正常，且有效地避免了模式切换过程中失稳现象的发生，保证了系统工作的稳定性。

依据图6.8（a）～（c）切换过程失稳现象发生的原因，图6.9（a）～（c）的仿真结果说明，当给定条件不变，通过降低发电机阶跃载荷幅值（由1 100 N ·m 下调到500 N ·m），发动机初始工作转速低于1 500 r/min时，由空挡转换为停车发电模式，机电复合传动系统的工作能够恢复正常，避免了失稳现象的 发生。

图6.10（c）的仿真结果表明，当给定条件不变，通过综合控制延长电机转矩响应时间（约等于发动机转矩响应时间），发动机初始工作转速在 1 200 r/min时，保证了由空挡转换为停车发电模式机电复合传动系统工作的稳定性；图6.10（a）和（b）的仿真结果表明，该仿真条件下发动机初始转速低于1 200 r/min时，仍旧无法避免模式切换过程中的失稳现象。因此，通过进一步控制延长电机转矩响应时间（约等于发动机转矩响应时间的10倍），对比图6.10和图6.11的仿真结果，当给定条件不变，发动机初始工作转速低于1 200 r/min时，有效地避免了模式切换过程中的失稳现象。其中，通过对比图6.10（c）和图6.11（c）可以发现，进一步控制延长电机转矩响应时间，发动机初始工作转速在1 200 r/min时，在保证系统稳定的前提下，同时可大幅降低过渡工程作用在发动机轴上的动载荷，改善系统工作的平顺性。

影响空挡至停车充电模式平稳性的另一个环节是制动器BK的缓冲特性。通过对比图6.12和图6.9的仿真结果可以发现：给定条件相同，当制动器缓冲时间常数较小时，发动机与发电机轴上的动载荷波动范围较大；当制动器缓冲时间常数较大时，发动机与发电机轴上的动载荷波动范围较小。因此，制动器的缓冲特性不改变发动机的工作稳定性，但是极大地影响发动机与发电机轴上的动载荷，从而影响机电复合传动系统的寿命。

综上所述，基于中心流形定理推导出的模式切换稳定性判定条件，通过调整发动机初始工作转速、发电机给定转矩和发电机的转矩响应时间可保证机电复合传动系统在空挡到停车发电模式切换过程中的稳定性，有效地避免模式切换失稳现象的发生；通过调整制动器的缓冲时间常数，可控制发动机和发电机轴上的动载荷，进而改善系统工作的平顺性。

图6.8　仿真结果（发电机载荷1 100 N ·m，发电机转矩响应时间常数τA，制动器缓冲时间常数0.5 s）

（a）发动机参考转速800 r/min；（b）发动机参考转速1 000 r/min；（c）发动机参考转速1 200 r/min；（d）发动机参考转速1 500 r/min

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图6.9　仿真结果（发电机载荷500 N ·m，发电机转矩响应时间常数τA，制动器缓冲时间常数0.5 s）

（a）发动机参考转速800 r/min；（b）发动机参考转速1 000 r/min；（c）发动机参考转速1 200 r/min

图6.10　仿真结果（发电机载荷1 100 N ·m，发电机转矩响应时间常数τe，制动器缓冲时间常数0.5 s）

（a）发动机参考转速800 r/min；（b）发动机参考转速1 000 r/min；（c）发动机参考转速1 200 r/min

图6.11　仿真结果（发电机载荷1 100 N ·m，发电机转矩响应时间常数10τe，制动器缓冲时间常数0.5 s）

（a）发动机参考转速800 r/min；（b）发动机参考转速1 000 r/min；（c）发动机参考转速1 200 r/min

图6.12　仿真结果（发电机载荷500 N ·m，发电机转矩响应时间常数τA，制动器缓冲时间常数0.001 s）

（a）发动机参考转速800 r/min；（b）发动机参考转速1 000 r/min；（c）发动机参考转速1 200 r/min