基于自适应多分辨率分析的电动拖拉机驱动功率分配策略

• Published in: 农业工程学报 Vol. 39; no. 23; pp. 55 - 66
• Main Authors: 李贤哲, 张明柱, 刘孟楠, 闫祥海, 徐立友
• Format: Journal Article
• Language: Chinese
• Published: 机械装备先进制造河南省协同创新中心,洛阳 471003 01.12.2023; 中国一拖集团技术中心,洛阳 471039%河南科技大学车辆与交通工程学院,洛阳 471003; 智能农业动力装备全国重点实验室,洛阳 471039; 智能农业动力装备全国重点实验室,洛阳 471039%河南科技大学车辆与交通工程学院,洛阳 471003; 河南科技大学车辆与交通工程学院,洛阳 471003; 黄河科技学院工学部,郑州 450006%智能农业动力装备全国重点实验室,洛阳 471039
• Subjects: 燃料电池; fuel cell; 功率分配; adaptive multi-resolution analysis; 分布式驱动; distributed drive; tractor; 拖拉机; power allocation; 自适应多分辨率分析
• ISSN: 1002-6819
• DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.202306204

S219.4; 燃料电池分布式驱动电动拖拉机(fuel cell distributed drive electric tractor,FCDET)能够有效解决环境污染和能源紧缺问题、推动农业可持续发展.针对FCDET牵引效率低、续航时间短、氢耗量大等问题,该研究提出了基于自适应多分辨率分析(adaptive multi-resolution analysis,AMRA)的犁耕驱动功率分配策略.首先建立燃料电池系统等效电路模型、总效率求解模型、能量耗散模型以及驱动电机响应模型.一次重构策略基于可调Q因子小波变换(tunable Q-factor wavelet transform,TQWT),获得有效反应功率信号振荡特性的子序列.二次重构策略将低频子序列经过变分模态分解(variational mode decomposition,VMD)为若干个具有特殊稀疏性质的离散子信号.然后采用麻雀搜索算法(sparrow search algorithm,SSA)实时获取VMD的分解层数和二次惩罚因子的最优组合.最后将二次分解后的子序列和子信号按照频率特性进行重构,并将重构功率信号在各个能量源之间重新分配.以ET504-H样机为对象,通过田间试验采集犁耕载荷功率需求信息,并进行驱动电机台架试验.结果表明:基于AMRA的FCDET驱动功率分配策略能够有效提高燃料电池系统的能量利用率和犁耕作业的经济性.相较于功率跟随策略和一次重构策略,燃料电池系统的平均效率分别提升了 8.30%和 1.82%,等效氢耗量分别降低了 35.60%和 11.86%;驱动电机平均效率分别提升 2.06%和1.27%,总能耗分别降低3.73%和2.60%.研究结果可为FCDET控制系统研发提供新的理论基础和技术途径.