Casosprácticos

FMTC设计并优化了使用基于模型设计的混合静水压动力传动系统

挑战

评估混合静水压动力传动系统的能量储存技术,并确定最具成本效益的替代方案

解决方案

使用Si金宝appmulink,Simscape和Simscape流体来建模,模拟和优化电容器和液压蓄能器能量储存组件,混合静水压传动系统和控制器

结果

  • 燃料使用减少了25%
  • 分析时间减少75%
  • 总拥有成本减少了15%

“基于模型的设计支持一种系统的方法,用于金宝app设计传动系统和其他复杂的机电一体化系统。基于动态物理模型和最佳控制器的模拟设计替代方案的详细分析使我们能够在设计阶段的早期做出明智的决策。”

克里斯托夫·伯克斯(Kristof Berx),FMTC
混合静水压动力传动系统设置。

Flanders的机电一体化技术中心(FMTC)是比利时北部领先的机电一体化公司的合作研究中心。FMTC工程师在四个焦点领域完成联合项目和研究任务:智能传感器,自我优化的机电系统,节能机电传动系统以及用于机电系统的模型设计。这些项目利用新技术和工作流来开发未来的机器。

在一个这样的项目中,FMTC工程师使用MATLAB®,S金宝appimulink®,以及SIMSCAPE™,以设计和优化混合静水压动力传动系统。

FMTC计划经理Gregory Pinte说:“ SIMSCAPE使将超级电容器和液压蓄能器集成到我们的静水电式传动系统模型中变得容易,以测试存储制动能量的影响。”“模拟使我们能够评估混合设计的能源效率,优化控制器,并获得与会员公司共享的宝贵见解。”

挑战

FMTC需要比较混合静水压动力传动系统中不同能量储存元件的性能,以确定哪个将导致最低的总拥有成本(TCO),安装中考虑和持续的燃油成本。FMTC工程师在其实验室中具有标准的静水压传动系统,但是将能量存储元件直接整合到该设置中进行测试将需要数月的努力。FMTC团队希望通过建模和仿真来加速设计和优化。

为了对能量储存元件进行公平的比较,FMTC必须开发控制系统,以使用新体系结构来控制通过传动系统的最佳功率流,然后根据某种负载的模拟确定所考虑的每个元素的最佳设计方案。

解决方案

FMTC工程师设计,优化和评估了具有基于模型设计的混合静液压传动系统替代方案。

他们使用Si金宝appmulink和Simscape,在典型的静水电式传动系统中为每个组件开发了模型,包括驱动电动机,液压泵,液压电动机和扭矩负载。

对于每个组件,团队在实验室中进行了实验,测量了扭矩,速度和压力。使用他们基于MATLAB和“优化Toolbox™”开发的工具箱,它们基于这些测量值估计了模型参数。然后,他们开发了查找表,将压力,速度和中风量映射到能源效率。

团队还估计了内部惯性,时间延迟和其他参数,以更准确地对组件的动态行为进行模拟使用Simulink和Simscape。金宝app

然后,工程师通过组件模型构建了一个系统模型,将它们与SIMSCAPE FLYS™的阀门,液压电阻和其他液压电路元件联系起来。

他们通过在Simulink中运行模拟并将结果与​​完整传动系统的测量进行比较来验证和完善系统模型。金宝app

一旦他们拥有一个准确的传动系统模型,团队就开发了两个能量储存组件的SIMSCAPE模型:具有DC-DC转换器的超级电容器和带有相关阀门和线条的液压蓄能器。

他们将这些组件中的每个组件分别集成到系统模型中,并使用内部方法来开发和实现MATLAB中两个混合动力传动系统的最佳控制算法。这些控制算法计算传动系统组件的设置,例如液压泵和电动机的swash板角。

然后,团队在Simulink中进行了闭环模拟,跨了一系列电容器类型和累加器尺寸,从而估算了每种配置的T金宝appCO。

FMTC计划使用Simulink C金宝appoder™从其工厂模型中生成代码,以支持实时硬件在环测试中。金宝app

结果

  • 燃料使用减少了25%。Pinte说:“ Simulin金宝appk中的模拟表明,基于电气储存元件的混合静水压动力传动系统的效率低于基于液压存储元件的效率,这是由于泵和直流转换器中的额外能量损失而导致的。”“这是一个出乎意料的结果,也是一个全新的见解。效率增益可将燃油消耗降低25%。”

  • 分析时间减少75%。FMTC项目工程师Kristof Berx说:“我们估计,为每种配置建立一个物理原型将需要200天的努力。”“借助Sim金宝appulink和Simscape,我们在大约50天内完成了分析,我们能够以无需额外的费用评估一系列电容器和累加器尺寸。”

  • 总拥有成本减少了15%。Berx说:“模拟表明,我们设计和优化的基于模型的设计的混合静水压动力传动系统比标准的静水压传动系统高约25%,TCO低15–20%。”

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