[科普中国]-自动分配

自动分配，即按一定的标准用机械、电器等装置直接操作的。

例如：自动分配系统、自动分配技术等等。

铣刨机功率自动分配根据铣刨机的作业特点，分析了铣刨机功率自动分配的原理，给出了功率自动分配的2种控制方式，得出了功率自动分配控制方案框图，并提出了其控制器的选择方案。1

铣刨机功率自动分配原理铣刨机作为一种非牵引机械，在作业中，铣刨转子除在车辆牵引系统带动下前进外，主要依靠自身传动系统的驱动来完成各种动作进行作业，铣刨转子的驱动消耗着车辆的主要功率，牵引功率反在其次。作业工况下牵引系统与发动机之间为部分功率匹配，是一种多系统工作机械，车辆的牵引负荷较小，因而对车辆的牵引性能、地面条件的约束等问题考虑较少。要保证铣刨机的作业质量，转子系统足够的功率分配是首要条件。而在运输工况，为了提高车辆运输工况的行驶能力，使铣刨机行走液压传动装置与发动机之间也按全功率匹配，这样在作业工况可以按实际吸收的部分功率进行参数控制。因此合理有效地分配发动机功率不仅可以保证作业质量要求，而且对提高发动机功率利用率进而提高动力性、经济性、作业生产率有着重要的意义。1

功率自动分配的2种控制方式铣刨机行走驱动都为静液压驱动，采用变量泵和变量马达组成闭式系统，控制器根据传感器所测的系统参数通过内部程序来控制变量泵和变量马达的排量调节行走速度 (行走速度减小会使工作装置负荷降低，行走速度即工作装置进给量的微小变化会引起工作装置驱动负荷的很大变化，工作装置驱动系统往往占有发动机大部分功率，因而行走速度的微小变化会使发动机以及整个多系统车辆的功率利用得到良好控制，而行走速度的微小变化并不会引起作业质量的明显变化)，达到各系统功率之和与发动机额定功率一致的目的。利用行走速度调节发动机的功率分配，可以通过以下2种方式：

(1) 电液控制方式- 过程控制方式

在行走系统和铣刨毂系统液压泵与马达之间管路中分别安装压力和流量传感器，连续检测两系统的工作压力和流量。这种控制方式适用于全液压铣刨机(行走驱动和铣刨毂驱动都为液压驱动)。

(2) 转速控制方式

这种控制方式是以发动机转速为信号控制行走速度，达到功率自动分配目的。通过发动机转速的变化可以反映外界负荷的变化，当铣刨毂负荷增加时，发动机转速低于额定转速，此时各系统扭矩之和大于发动机额定扭矩，发动机输出扭矩增大；当铣刨毂负荷降低时，发动机转速高于额定转速，此时各系统扭矩之和小于发动机额定扭矩。

控制器根据发动机转速的变化，输出控制电流控制行走液压泵排量的变化。当发动机转速低于额定转速时，控制电流减小，行走泵排量减小以降低行走速度v，直到发动机转速和额定转速相等为止；当发动机转速高于额定转速时，控制电流增大，行走泵排量增大以提高行走速度v，直到发动机转速和额定转速相等为止。这种控制方式不仅适合于全液压铣刨机，也适合于铣刨毂为机械传动方式的铣刨机。这种控制方式只需要检测发动机转速，控制方便，而且为了提高传动效率，现代铣刨机铣刨毂驱动大多采用机械传动。因此，转速控制方式是普遍采用的一种方式。1

功率自动分配控制方案通常采用转速控制方式实现功率自动分配，仅讨论此种以发动机转速为信号的控制方案。功率自动分配是一种恒功率控制，对于铣刨机，发动机功率主要用于铣刨和行走。

在铣刨作业过程中，沥青路面材料的性质及其密实程度是不确定的，铣刀的参数随着铣刨作业的进行在不断变化，铣刨厚度也在变化，只有铣刨宽度为确定值。从式可以看出，当铣刨阻力的变化导致发动机转速发生变化时，可以通过调节铣刨机行走速度使发动机工作在额定转速。

当然，为了更精确地对发动机功率进行分配，可以考虑对辅助系统进行功率分配。如风扇的转速可以根据冷却量进行调节，在冷却量不大的情况下，通过调节风扇转速使风扇冷却系统所消耗的功率下降，而将该部分富裕的功率分配给行走系统和铣刨毂系统。

根据功率自动分配的原理，在控制系统中，将发动机转速作为设定值，行走速度作为被控量。在铣刨作业过程中，当铣刨毂阻力或风扇的转速发生变化时，发动机转速也会改变，将发动机转速反馈到控制器中，经过计算输出PWM控制比例阀从而使行走变量泵的斜盘摆角即排量发生变化，以调节行驶速度，使得发动机始终工作在额定工况。1

负荷功率自动分配的独立直流微电网协调控制不同DG单元根据各自最大输出功率由最大功率跟踪控制(MPPT)切换为带有电压前馈补偿的下垂控制模式稳定母线电压和自动分配负荷功率，并考虑各单元的输出阻抗来提高分配精度。最后利用Matlab/Simulink对所设计的控制策略在不同运行模式下进行仿真验证，仿真结果表明所提出的控制策略可协调不同模式下独立直流微电网稳定运行和实现负荷功率自动分配。2

负荷功率波动主要仿真分析了独立直流微电网中负荷功率波动对系统稳定运行的影响。仿真开始时储能系统输出功率来确保负荷的正常供电。1.0s时负荷功率由3.5kW降至约1.0kW，从负荷功率波动时系统运行特性可以看出，储能系统迅速调整输出功率，吸收约1.5kW功率来平衡系统功率供需。此外，储能系统充放电模式之间切换速度快，负荷供电功率波动小。

负荷功率波动时直流微电网的母线电压可看出，负荷功率波动时，母线电压迅速响应，电压稳定在380V，波动小。采用提出的自适应下垂协调不同储能单元运行时，SOC不同的储能单元充放电功率不同SOC较大的储能单元充电功率小放电功率大，SOC较小的储能单元放电功率小充电功率大，通过负荷功率自动分配可快速均衡不同储能单元的SOC，有利于避免储能系统的过充和过放，提高了储能系统的安全性。负荷功率波动时储能系统功率分配为采用传统下垂控制协调多组储能单元运行时的输出功率，可看出，不同储能单元始终平均分担负荷功率，不利于均衡储能单元的SOC。2

储能系统退出运行当储能系统充电功率超过其最大允许功率或满充时，DG切换至下垂控制根据负荷功率需求自动调整发电功率来确保该特殊情况下重要负荷的电压稳定。此后，当某组DG系统退出运行时，所采用的控制策略可迅速调整正常运行的DG单元的发电功率来确保系统稳定运行。主要仿真分析了储能系统退出运行后，DG稳压时负荷功率波动和部分DG单元故障对系统运行的影响。

根据DG系统部分故障时系统运行特性，1.0s时负荷功率减小，DG系统根据负荷功率自动调整发电功率，在2.0s时一组DG单元退出运行，此后正常运行的DG单元迅速调整发电功率来保证重要负荷的正常供电。

DG部分故障时直流母线电压为负荷功率波动和DG2单元故障时的母线电压，对比采用电压前馈补偿控制时和未采用电压前馈补偿控制时可看出，采用电压前馈补偿控制时，母线电压响应速度快，波动小，电压稳定在380V，而未采用该前馈补偿控制时，扰动发生时，电压波动比较大，可看出，采用的电压前馈补偿控制可控制母线电压稳定。

DGs负荷功率分配为不同DG单元之间的负荷功率分配，从DGs 负荷功率分配可看出，0~2.0s时DG系统可根据负荷功率自动调整发电功率，且不同DG单元可根据其最大功率自动分配负荷功率。2.0s时DG2单元故障，此后正常运行的DG单元迅速调整发电功率来确保重要负荷的正常供电。值得注意的是，若此时仍无法满足负荷的正常供电，可根据负荷的优先级执行切负荷操作以后采取该控制。2

本词条内容贡献者为:

王沛 - 副教授、副研究员 - 中国科学院工程热物理研究所