Development of look-ahead controller concepts for a wheel loader application Développement de concepts d’une commande prédictive, destinée à une application pour chargeur sur pneus

• Published in: Oil & gas science and technology Vol. 70; no. 1; p. 159
• Main Authors: Nilsson, Tomas, Fröberg, Anders, Åslund, Jan
• Format: Journal Article
• Language: English
• Published: 2015
• ISSN: 1953-8189; 1294-4475
• DOI: 10.2516/ogst/2014022

This paper presents two conceptual methods, based on dynamic programming, for one-step look-ahead control of a Continuously Variable Transmission (CVT) in a wheel loader. The first method developed, designated Stochastic Dynamic Programming (SDP), uses a statistical load prediction and stochastic dynamic programming for minimizing fuel use. The second method developed, designated Free-Time Dynamic Programming (FTDP), has vehicle speed as a state and introduces a fixed 0.1 s delay in the bucket controls in a combined minimization of fuel and time. The methods are evaluated using a set of 34 measured loading cycles, used in a ‘leave one out’ manner.
The evaluation shows that the SDP method requires about 1/10th of the computational effort of FTDP and has a more transparent impact of differences in the cycle prediction. The FTDP method, on the other hand, shows a 10% lower fuel consumption, which is close to the actual optimum, at the same cycle times, and is able to complete a much larger part of the evaluation cycles.
Ce document présente deux méthodes de conception, basées sur la programmation dynamique, pour la commande à un pas de prédiction d’une transmission continûment variable ( Continuously Variable Transmission , CVT) d’un chargeur sur pneus. La première méthode développée, appelée programmation dynamique stochastique ( Stochastic Dynamic Programming , SDP) utilise une prédiction statistique de la charge et la programmation dynamique stochastique pour minimiser l’utilisation de carburant. La seconde méthode développée, appelée programmation dynamique à temps libre ( Free-Time Dynamic Programming , FTDP), établit la vitesse du véhicule en tant qu’état et introduit un retard de 0:1 s dans les commandes du godet pour minimiser à la fois l’utilisation de carburant et le temps nécessaire à l’opération.
Les méthodes sont évaluées en s’appuyant sur 34 cycles de chargement mesurés, utilisés selon la méthode de validation croisée « leave-one-out ».
L’évaluation montre que la méthode SDP requiert environ 1 dixième de l’effort de calcul de la méthode FTDP, et qu’elle a un impact plus transparent sur les écarts dans la prédiction du cycle. D’un autre côté, avec la méthode FTDP on obtient une réduction de 10% de la consommation de carburant, ce qui est proche de l’optimum réel, pour les mêmes durées de cycle, et elle permet de réaliser une plus grande partie des cycles d’évaluation.