大型矿用电动轮自卸车是露天矿山运输中的重要运输设备,其运载能力强,机动性高,工作效率高,在全球各大露天矿山中广泛使用。大功率交流驱动技术作为电动轮自卸车关键技术也是世界各大矿山设备生产厂商提升产品核心竞争力的重要保证。作为自卸车交流驱动系统的核心,电传动系统控制策略将驾驶意图解析成系统各部分的控制目标,控制系统发挥出更好的工作能力,以满足自卸车运载作业过程中的各类需求。本文从解决矿用自卸车动力性能需求入手,对某220t矿用电动轮自卸车电传动系统控制策略进行了研究,得到了可靠的控制策略,通过矿山运载试验,证明该策略能够满足自卸车作业循环中的各种动力需求。对矿用自卸车典型循环工况的构建进行了研究,并根据所得循环工况对控制策略进行了优化分析,得出了电传动系统优化控制策略。首先,对研究对象的电传动系统进行了分析,以优先满足自卸车动力性能需求为目标,从自卸车的行驶性能、系统功率匹配和自卸车不同行驶状态三方面进行分析,推导出电传动系统控制策略的主体框架。然后,将电传动系统分为两个子系统:动力转换系统和牵引系统,分别对两个子系统的控制策略进行了研究。对于动力转换系统,根据柴油发动机工作曲线和交流发电机恒磁通匹配规则,提出了两条跟随控制规则:发动机转速跟随加速踏板指令和直流母线电压跟随发动机转速。对于牵引系统,根据自卸车不同行驶状态下的驱动电机转速特征,提出了基于电机转速的逻辑门限规则的转矩控制决策,并确定了不同决策下的电机控制目标与踏板指令的解析关系。对自卸车行驶过程中出现的特殊状态的判定条件和控制决策进行了研究,完善了牵引系统控制策略。针对两个子系统的控制策略设计了相关试验,通过试验数据证明了本文研究的控制策略能够满足自卸车的动力需求。随后,针对目前矿用自卸车循环工况研究结果较少,而循环工况对指导自卸车控制策略优化十分重要的情况,本文提出了基于矿山试验数据构建矿用自卸车循环工况的方法。利用行程分析法,根据矿用电动轮自卸车特点进行运动学片段划分,提取合适的特征参数,通过主成分分析和密度峰值聚类,得到带有自卸车行驶特征信息的循环工况分类片段,合理抽取这些片段,得到了矿用自卸车典型循环工况,为矿用自卸车优化控制策略提供全类别工况的数据基础。最后,基于所得的循环工况数据,对电传动系统控制策略进行了优化分析。通过对不同工况类别下电传动系统工作数据的分析,推导出不同工况下的控制重点。提出了改进最小距离分类法结合工况类别的二次判断,得到用于指导控制决策的工况识别结果。基于工况识别结果,对原有控制策略进行了优化。所得优化策略重新规划了发动机的工作曲线,以提高自卸车燃油经济性。同时,对不同工况下驾驶意图解析方式做出了调整,使系统控制目标偏向于该工况类别的控制重点。此外,还对不同工况下电机的转速范围进行了限定,以应对不同工况高转速下的动力性或操控性需求。
