FMTC设计和优化混合动力液压动力传动系统与基于模型的设计
挑战
解决方案
结果
- 燃料的使用减少了25%
- 分析时间减少75%
- 所有权的总成本降低15%
“基于模型的设计支持系统的动力传动系统和万博1manbetx其它复杂的机电一体化系统的设计。详细分析基于仿真的设计方案的动态物理模型和最优控制器使我们在设计阶段的早期做出明智的决定。”
克里斯托夫Berx, FMTC
弗兰德斯的机电一体化技术中心(FMTC)是一个合作研究中心,在比利时北部主要的机电一体化公司。FMTC工程师完成项目和联合研究的任务四个重点领域:智能传感器、自优化机电整合系统、节能机电动力传动系统、机电整合系统和基于模型的设计。这些项目充分利用新技术和工作流开发未来的机器。
在本项目中,FMTC工程师使用MATLAB®,仿万博1manbetx真软件®,Simscape™来设计和优化混合动力液压动力传动系统。
“Simscape便于超级电容器和液压蓄能器融入我们的液压动力传动系统模型来测试存储制动能量的影响,”Gregory Pinte说FMTC项目经理。“模拟使我们能够评估混合设计的能源效率,优化我们的控制器,并获得有价值的观点,我们与我们的会员公司。”
挑战
FMTC需要比较不同储能性能的元素混合动力液压动力传动系统,以确定哪些将导致最低的总体拥有成本(TCO),考虑到安装和持续的燃料成本。FMTC工程师有一个标准的液压动力传动系统在实验室,但将储能元素直接集成到这个设置用于测试需要几个月的努力。FMTC团队想加速通过建模与仿真设计和优化。
进行公平的比较的储能元素,FMTC不得不开发控制系统管理的电力通过动力传动系统优化流新架构,然后确定每个元素的最佳设计考虑基于一些负载的模拟场景。
解决方案
FMTC工程师设计、优化和评价混合动力液压动力传动系统方案与基于模型的设计。
使用仿真软件万博1manbetx和Simscape,他们开发了为每个组件在一个典型的液压动力传动系统模型,包括驱动电动机、液压泵、液压马达和转矩负载。
对于每一个组件,团队在实验室进行实验,测量转矩、速度和压力。使用工具箱他们开发了基于MATLAB优化工具箱™,他们估计模型参数根据这些测量。然后他们开发了查找表,绘制压力,速度,和中风体积能源效率。
该小组还估计内部惯性,时间延迟和其他参数更精确模型的动态行为模型和Simscape组件。万博1manbetx
工程师们从组件模型,然后建立了一个系统模型连接阀门,液压抗性,和其他液压回路元素从Simscape液体™。
他们验证和精制系统模型通过运行仿真模型和完整的动力传动系统的比较结果和测量结果。万博1manbetx
一旦他们有动力传动系统的精确模型,两个储能组件的团队开发Simscape模型:一个超级电容器直流-直流转换器和液压蓄能器及其相关阀门和线条。
他们集成这些组件单独成系统模型,并使用内部方法来制定和实施最优控制算法在MATLAB两个混合动力传动系统。这些控制算法计算动力传动系统组件的设置,如液压泵和马达的旋转斜盘角度。
团队然后进行闭环仿真模型在一系列电容器类型和蓄电池的尺寸,估计为每个配置TCO。万博1manbetx
FMTC计划使用仿真软件编码器™从工万博1manbetx厂模型来生成代码来支持实时半实物测试。万博1manbetx
结果
燃料的使用减少了25%。“模拟模型表明,基于电存储元素的万博1manbetx混合液压动力传动系统效率不及一个基于液压存储元素由于额外的能量损失在泵和直流变换器,“Pinte说。“这是一个意想不到的结果,一个全新的见解。效率增益降低油耗25%。”
分析时间减少75%。“我们估计为每个配置构建一个物理原型模拟需要大约200天的努力,”克里斯托夫Berx说FMTC项目工程师。“仿真软件和万博1manbetxSimscape我们完成了分析大约50天,和我们能够评估一系列电容器和蓄电池大小在不增加成本的情况。”
所有权的总成本降低15%。“模拟表明,混合动力液压动力传动系统与基于模型的设计和优化设计比标准的液压动力传动系统节能25%左右,15 - 20%降低TCO,“Berx说。
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