Energy consumption optimization control of hydraulic transmission systems

Abstract

UA: This paper investigates the energy consumption optimization control of hydraulic transmission systems. By analyzing the working principles and energy consumption characteristics of hydraulic systems, an energy consumption optimization control strategy based on dynamic modeling and optimization algorithms is proposed. The effectiveness of the proposed method is verified through mathematical modeling and simulation analysis, and the correctness of the theoretical analysis is further validated by experimental data. The results show that the optimization control strategy can significantly reduce the energy consumption of hydraulic systems, providing theoretical support for the design and application of hydraulic transmission systems.

EN: У статті досліджено метод керування оптимізацією енергоспоживання систем гідравлічної трансмісії технологічних машин. Проаналізовано принципи роботи і характеристики енергоспоживання гідравлічних систем об’ємних силових передач до трансмісій, вказавши на основні джерела енергоспоживання системи та необхідність їхньої оптимізації за цим критерієм. Запропоновано математичну модель гідронасоса для визначення його продуктивності з урахуванням робочого циклового об’єму, непродуктивних витрат рідини по зазорах, номінального та максимального тиску, динамічну математичну модель гідроциліндра, яка записана як рівняння руху поршня зі штоком і враховує масу навантаження на шток, об’єм поршня, площу поршня, тиск подавання та повернення поршня, коефіцієнт демпфування. Розроблені моделі покладено в аналіз симуляції роботи простої гідросистеми, виконаної в середовищі Simulink/SimHydraulics. На основі проведеного аналізу симуляції запропоновано стратегію управління оптимізацією гідросистеми за критерієм мінімуму енерговитрат з одночасним забезпеченням продуктивності системи на рівні, що відповідає вимогам фактичних робочих умов. Розроблено алгоритм оптимізації на основі генетичного алгоритму, основні етапи якого включають ініціалізацію популяції, оцінювання функції відповідності, операції відбору, кросинговеру та мутації. Реалізація процесу оптимізації відбувалася на основі отриманих залежностей для визначення енергоспоживання насоса та гідроциліндра. Для перевірки ефективності запропонованої стратегії оптимізації енергоспоживання побудовано платформу моделювання на основі Simulink/SimHydraulics. На платформі моделювання створено модель системи, включаючи гідравлічні насоси, гідроциліндри, регулюючі клапани та інші елементи, відповідно до структури та параметрів фактичної системи гідравлічної трансмісії. Для подальшої перевірки точності результатів моделювання розроблено план і здійснено експериментальну перевірку моделі.