进化算法优化混合动力挖掘机控制方案

动力系统功率匹配方案通过研究负载功率变化以及系统品质控制方案可以获得。负载功率控制方案规定了各执行元件相关参数以及相应传动系统的性能指标约束。根据负载功率控制方案可获得较为接近实际工况的挖掘机需求功率。品质控制方案制订了能量流经各部件的状态关系图，从而确定各动力源、动力源与液压系统之间的关键变量，如转矩、转速的关系，为获取动力源功率匹配关系奠定基础。据此，可以获得动力系统功率匹配控制方案。

混合动力挖掘机整机模型建立及参数配置完成后，在满足变化的负载功率前提下，获得燃油发动机、电机的功率信号图谱，由此可获得动力源功率变化关系图。然而现有挖掘机控制策略多针对以控制关键变量的方式控制挖掘机工作，虽然在一定程度上降低了能耗，提高了各部件的工作效率，但在功率匹配方面无法实现有效控制，进而无法提高系统经济性。其难点主要集中在两个方面：一方面是动力源的输出功率无法准确同步于实时变化的负载功率，另一方面是动力源输出功率有效耦合的问题。由于燃油发动机、电动机以及发电机的输出功率都有最大最小限制，变工况下的需求功率时常超出或低于单个动力源的有效输出功率范围，因此就涉及多动力源耦合控制策略设计的问题，即将传统的以转矩、转速、电池电量、SOC为主要控制对象的控制策略转换为以功率为核心控制对象的控制策略，以此实现动力源输出功率有效控制优化的目的。

以肖清、王庆丰^[27]等人提出的控制策略为例，传统意义上混合动力挖掘机控制策略为：

1）将燃油发动机工作点分为三种模式：轻载模式、标准模式、重载模式，分别记为L_p、N_p、H_p；设电池的SOC安全工作区边界分别为S_maX、S_min；初始时发动机工作在N_p点。

2）根据电池SOC的变化调整发动机工作模式。若SOC位于安全工作区，则发动机保持标准工作模式；若SOC降至小于S_min的值，则发动机工作于重载模式，否则处于轻载模式。(https://www.xing528.com)

该控制策略在保证电池合理利用的前提下，能够实现对发动机燃油经济性的优化，然而通过该策略无法实现对于功率的定量控制和分析。出于这种目的，修改后的控制策略为：

1）挖掘机起动后，当负载功率小于燃油发动机额定功率的某一设定比例时，需求功率全部由燃油发动机提供。此时若SOC过小，电机处于发电机模式，由发动机驱动电机向蓄电池充电；SOC若处于安全工作区，则可通过负载敏感系统增加负载，使得挖掘机负载功率不断上升，或者以调整泵斜盘倾角增大流量的方式提高泵的输出功率，实现功率的匹配。

2）当负载功率大于燃油发动机额定功率的某一设定比例时，负载功率由燃油发动机和电机共同提供。此时若SOC过小，则在调整泵的斜盘倾角、减小泵的流量、降低泵的输出功率的同时，发动机还需额外提供电机向蓄电池充电的功率；若SOC处于安全工作区，电机变为电动机模式，实现动力源耦合驱动的同时，调整泵的斜盘倾角，实现功率匹配。

3）负载最大功率可由液压系统溢流阀进行限定。为使得整个工况下动力源输出功率始终大于负载功率，可将动力源最大输出功率调整至大于溢流阀阀开时泵的输出功率，故当负载功率长期处于最大时，在保证动力源输出最大功率的同时，及时调整泵的斜盘倾角，降低泵的输出流量进而降低负载功率，以解决挖掘机过载问题。若此时SOC过小，发动机提供待匹配的负载功率以及充电功率；若SOC处于安全工作区，电机提供最大输出功率，辅助发动机实现动力源最大功率的输出。