基于确定性规则的混合动力型高速单轨吊控制策略

单轨吊作为煤矿井下辅助运输系统的重要设备形式之一,其运行速度普遍较低(满载<2 m/s),且传统防爆柴油机或防爆蓄电池单一动力形式均难以满足单轨吊动力性能与环保需求。为提高单轨吊驱动性能并实现绿色矿山目标,在传统单轨吊结构基础上提出了一种新型分布式混合动力驱动系统,基于确定性规则建立其控制策略并进行建模和仿真试验。首先,结合单轨吊结构的多段性,在不同驱动端设置不同动力源,采用分布式架构作为高速单轨吊混合动力架构形式,并制定该架构下不同的工作模式,确定不同模式下的能量流向;其次,为了提高单轨吊动力性能以及改善防爆柴油机工作区间,根据常规工况制定工作模式切换逻辑策略与转矩分配策略,在此基础上设计了基于逻辑门限值的确定性规则控制策略并利用Matlab搭建整体切换逻辑仿真策略;然后,根据高速单轨吊的实际行驶情况,建立小坡度重载、小坡度轻载、大坡度轻载3种整机循环工况;最后,将控制策略导入AMESim仿真软件,对所搭建的高速单轨吊整机物理模型进行联合仿真。仿真结果表明,基于确定性规则的控制策略能够使防爆柴油机和防爆电动机的工作点均处于高效区间,并使单轨吊整机具有较好的速度跟随性;在小坡度重载工况下,电池组荷电状态(SOC)值消耗量仅为17.6%,满载最大运行速度达到了3.01 m/s,CO、HC、NO^(x)尾气排放量相比传统单轨吊分别降低了67.3%、36.4%、49.4%和13.1%;在大坡度轻载工况下,电池组SOC值消耗量仅为13.1%,满载最大运行速度达到了2.29 m/s,CO、HC、NO^(x)尾气排放量相比传统单轨吊分别降低了70.2%、58.1%、41.7%。研究结果对于提高煤矿井下单轨吊运输效率、降低尾气排放具有理论意义和实用价值。