进化算法优化混合动力系统电机性能

电机是指依据电磁感应定律实现电能转换或传递的一种电磁装置，主要作用是通过电驱绕组产生驱动转矩，或根据一定的励磁方式，将机械能转化为电能。在混合动力挖掘机系统中，其主要作为辅助燃油发动机驱动液压系统的动力源之一。

1.励磁方式

目前电机的励磁方式主要有他励、并励、串励和复励，如图9-8所示。课题组研发的混合动力挖掘机采用并励直流电机，提供驱动力矩作为补给输出动力的同时，获取多余动力补给自身电能，以供后续能量补给。

2.发电机工作原理

图9-9所示为直流发电机原理模型。在t₀时刻，导体a-b-c-d的感应电动势方向分别由a指向b和由c指向d。此时电刷A呈正极性，电刷B呈负极性。t₁时刻，线圈逆时针旋转半周，导体a-b位于N极下，导体c-d位于S极下，此时其电动势方向将发生改变。同电刷A接触的导体永远位于N极下，呈正极性，与电刷B接触的导体永远位于S极下，呈负极性。因此发电机所产生的电动势方向始终不变。如果按照一定规律增加电枢线圈数，则可获得直流电动势。

当电枢旋转半周后，导体c-d转位于S极下，导体a-b转到N极下时，由于直流电源供给的电流方向不变，仍从电刷A流入，经导体a-b、c-d后，从电刷B流出。这时导体c-d受力方向变为从右向左，导体a-b受力方向是从左向右，产生的电磁转矩的方向仍为逆时针方向。

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图9-8 励磁方式分类图

图9-9 直流发电机原理模型

基于9.2.1节外负载变化模型分析所得的负载需求功率变化特点，在控制模块的有效控制下，在满足柴油机正常工作的前提下，适应负载需求就能够使得混合动力挖掘机动力源总输出功率相匹配。因此，在电机转矩与转速方向相反时，电机作为电动机进行工作，根据需求转速输出驱动转矩；当电机转矩与转速方向相同时，电机作为发电机进行工作，将机械能转化为电能，储存于蓄电池中，用于后续能量补给。

3.参数配置

该混合动力挖掘机采用并励直流电机作为辅助电驱动动力源，其最大输出功率为150N·m，最大输出功率限定为15kW，最大转速设置为8000r/min，平均效率为0.85。初始化电池容量为50%。