基于多目标趋优的大型矿车能量回馈装置控制策略研究

基于多目标趋优的大型矿车能量回馈装置控制策略研究

杨云轩李明周天浦高成亮

三一重型装备有限公司  辽宁沈阳  110000

摘要：随着全球对环境保护和可持续发展的日益重视，节能减排已成为各行各业关注的焦点。在矿山、运输等重型设备密集的行业，能量回馈装置作为一种先进的节能技术，展现出了巨大的潜力和价值。这种装置能够将设备在制动、下坡等过程中产生的机械能转化为电能，并回馈到电网或用于设备自身的运行，从而显著提高能源利用效率，降低碳排放。本文旨在深入探讨多目标趋优在矿车能量回馈装置控制中的应用及其在节能减排方面的潜在优势，以期为相关行业的绿色、低碳发展提供理论支持和实践指导。

关键词：能量回馈装置  多目标优化  低碳发展

一、能量回馈装置在节能减排方面的优势

（一）提高能源利用效率

能量回馈装置其核心工作原理在于，当矿车等重型设备在制动、下坡时，这些设备会产生大量的机械能。传统的做法中，这部分能量往往会被直接消耗或转化为热能而散失，造成能源的极大浪费。然而，能量回馈装置的出现彻底改变了这一状况。它巧妙地将这些机械能转化为电能，并通过高效的转换机制，将这些电能直接回馈到电网中，供其他设备使用，或者用于设备自身的运行。这种技术的应用，不仅极大地提高了能源的利用效率，减少了不必要的能源浪费，而且在矿山等重型设备密集的应用场景中，能够显著降低运营成本。

（二）降低碳排放

随着全球对气候变化和环境保护意识的提升，减少碳排放已成为各行业的重要目标。在矿山等行业中，重型设备是碳排放的主要来源之一。能量回馈装置的应用，通过回收和利用设备在制动、下坡等过程中产生的能量，有效减少了化石燃料的消耗。这直接降低了企业的运营成本，更在根本上减少了碳排放量[1]。长远来看，这种技术的应用将助力矿山等行业实现绿色、低碳的运营，有助于减缓全球气候变暖的趋势，保护我们共同的地球家园。

（三）延长设备寿命

传统的制动方式，如机械摩擦制动，其弊端显而易见。除了能量利用效率低下，机械摩擦还会产生大量的热量和磨损，而能量回馈装置则以其独特的方式，解决了这一问题。能量回馈装置通过电能回馈的方式来实现制动，将机械能转化为电能并回馈到电网或用于设备自身。这种方式避免了机械摩擦带来的磨损，显著提高了能量的利用效率。更重要的是，回馈的电能还能对电网进行稳压、滤波等处理，使得电网的稳定性得以提升，设备在电网波动时也能稳定运行，进一步保障了设备的安全和可靠性，为矿山等行业的可持续发展提供了有力支持。

二、多目标趋优在矿车能量回馈装置控制中的应用

（一）目标设定与权衡

在矿车能量回馈装置的控制中，目标的设定和权衡会直接影响到后续的工作。提高能量回收效率，意味着可以更多地回收并利用矿车运行过程中产生的能量，从而减少能源消耗和运营成本。然而，这一目标往往与行车安全和设备寿命产生冲突。过于追求能量回收效率可能导致制动距离增加，影响行车安全；同时，过激的能量回收操作也可能对设备造成损害，缩短其使用寿命[2]。因此，在控制策略的制定过程中，需要进行多目标优化，即在提高能量回收效率、确保行车安全和延长设备寿命等目标之间进行权衡和折中处理。通过合理的控制算法和参数设置，实现这些目标之间的平衡，以达到最优的综合性能。

（二）优化指标体系的构建

在矿车能量回馈装置的多目标优化过程中，应构建一个完善的优化指标体系。该体系包括能量回收效率这一核心指标，涵盖了制动距离、制动时间以及设备温度等多个关键性能参数。能量回收效率直接反映了系统对能量的回收和利用能力，而制动距离和制动时间则关系到行车安全，是评估制动性能的重要指标。此外，设备温度作为反映设备工作状态的直接参数，对于确保设备稳定性和延长使用寿命具有重要意义。通过综合考虑这些指标，可以建立一个全面的评价体系，从而更加准确地评估矿车能量回馈装置的性能，为优化控制策略提供有力支持。

三、多目标趋优控制策略的制定

（一）基于行驶状态的实时调整

在矿山作业中，矿车的行驶状态直接影响能源利用效率和行车安全。能量回馈装置的一个显著特点，就是能够实时监测矿车的行驶状态。这些关键参数包括车速、载重以及当前的路况等，它们共同决定了矿车在运行过程中的动力需求和能源消耗[3]。基于对这些参数的实时监测，能量回馈装置能够动态地调整能量回收比例和回馈方式。这样，无论是在平稳的直线行驶还是在崎岖的山路中，甚至在紧急制动的情况下，能量回馈装置都能确保回收尽可能多的能量，同时保证矿车的行驶安全，从而实现更高的能源效率和更稳定的运行。

（二）引入模糊控制算法

在矿山环境中，矿车的行驶状态往往受到多种复杂因素的影响，如路况变化、载重波动等，这些因素常常带有一定的不确定性和模糊性。为了更有效地处理这些复杂情况，能量回馈装置引入了模糊控制算法。模糊控制算法能够模拟人类处理模糊信息的方式，将行驶状态中的不确定性和模糊性转化为可处理的数学表达。通过设定一系列模糊规则，模糊控制算法能够动态地调整控制参数，以适应不同工况下的优化需求。这种智能化的调整方式显著提高了能量回收的效率，还增强了矿车在不同工况下的稳定性和安全性。

（三）能量回收与机械制动的配合

在矿山等重型设备应用场景中，制动过程的安全性至关重要。为了兼顾能量回收与行车安全，能量回收装置与机械制动系统之间的协调配合，会直接影响到后续工作。在制动过程中，能量回收系统会首先尝试回收，利用矿车减速时产生的能量，以提高能源利用效率。然而，当能量回收系统无法满足制动需求，如需要紧急制动或车速过快时，机械制动系统会迅速介入，通过机械摩擦产生制动力，确保矿车能够迅速、安全地停止。这种协调配合的机制，既保证了能源的有效回收，又确保了行车安全，是矿山等重型设备制动系统的重要发展方向。

（四）考虑设备寿命因素

在矿山等重型设备的应用中，设备寿命直接关系到企业的经济效益和生产安全。因此，在制定能量回收装置的控制策略时，必须充分考虑设备寿命因素。过激的能量回收操作可能会对设备造成过大的冲击或损害，从而缩短其使用寿命。为了避免这种情况，控制策略需要精确计算并控制能量回收的速率和力度，确保其在安全范围内进行。通过这种方式，能量回收装置可以在实现能源高效利用的同时，保护设备免受损害，延长设备的使用寿命，为企业带来长期的经济利益。

四、结语

在当今日益严峻的环境挑战和全球对可持续发展的追求下，节能减排已成为推动社会进步的重要动力。能量回馈装置作为一种创新的节能技术，在矿山、运输等重型设备领域展现出显著的优势，不仅能够提高能源利用效率，降低运营成本，还能有效减少碳排放，助力行业绿色转型。随着科技的不断进步和政策的持续支持，能量回馈装置将在节能减排领域发挥更加重要的作用，为实现全球可持续发展目标贡献更多力量，为地球家园的美好未来贡献力量。

五、参考文献

[1]文刚,王宇航,刘健,等.大型矿车能量回收变换器设计及其优化控制[J].电力电子技术, 2023, 57 (08): 98-103.

[2]王德远,鲍时超,梅贵周.大型矿车上5G CPE外置天线部署方案研究[J].信息技术与信息化, 2022, (12): 163-166.

[3]马鑫.大型电动轮自卸矿车防举斗行车装置的研究与应用[J].中国金属通报, 2022, (11): 120-122.