Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10889/11855
Title: Ανάλυση και έλεγχος ηλεκτρικού οχήματος
Other Titles: Analysis and control of an electric vehicle
Authors: Πριάκος, Αθανάσιος
Keywords: Ηλεκτρικά οχήματα
Έλεγχος αυτοκινήτου
Τεχνικές anti-windup
Μοντελοποίηση
Keywords (translated): Electric vehicle
Vehicle control
Anti-windup techniques
Modelling
Abstract: Στην παρούσα εργασία πραγματοποιείται η ανάλυση, η μοντελοποίηση και ο έλεγχος του ηλεκτρικού αυτοκινήτου (HA), με την ανάπτυξη κατάλληλων σχημάτων ελέγχου που στοχεύουν στην ομαλή και σθεναρή λειτουργία του, ανεξάρτητα από τις καταστάσεις που επικρατούν στο οδόστρωμα κατά τη διάρκεια της κίνησης του. Η ανάγκη για τον έλεγχο και την ανάπτυξη των ηλεκτρικών αυτοκινήτων προκύπτει από την γρήγορη και αυξημένη διείσδυσή τους, τα τελευταία χρόνια, τόσο στην παγκόσμια αγορά, όσο και στην αγορά της χώρας μας, σύμφωνα με μελέτες του Διεθνούς Οργανισμού Ενέργειας. Κύριοι παράγοντες της ραγδαίας αυτής εξέλιξης των ΗΑ είναι τα περιβαλλοντικά οφέλη, λόγω των ελάχιστων ρύπων που εκπέμπουν, και οικονομικοί λόγοι, καθώς οι τιμές των ορυκτών καυσίμων είναι ολοένα και ψηλότερες, αλλά και σχετικοί με τη διαχείριση της ενέργειας λόγοι, καθώς μπορούν να χρησιμοποιηθούν σαν ‘ενεργά’ φορτία που επιστρέφουν στο δίκτυο ενέργεια σε περίπτωση περίσσειας. Ωστόσο, η πολυπλοκότητα του συστήματος του ΗΑ δημιουργεί προβλήματα στην καθολική εξάπλωσή τους στο χώρο της αυτοκινητοβιομηχανίας, μια πολυπλοκότητα που οφείλεται στα πολλά και διαφορετικά υποσυστήματα που το απαρτίζουν. Το σύστημα μετάδοσης κίνησης, ο ηλεκτροκινητήρας, η μπαταρία, τα επιπρόσθετα φορτία και οι μετατροπείς (μετατροπέας ανύψωσης τάσης dc/dc και αντιστροφέας dc/ac) που τα διασυνδέουν, είναι τα σημαντικότερα μέρη ενός ΗΑ. Στην παρούσα εργασία θα γίνει ανάλυση για καθένα από τα παραπάνω τμήματα, καθώς και ο συνδυασμός όλων των επιμέρους μαθηματικών μοντέλων, των επιμέρους συστημάτων, οδηγεί στην εξαγωγή ενός ολικού μοντέλου για το ΗΑ που θα γίνει και η βάση για τον έλεγχό του. Συγκεκριμένα, οι κλασσικές τεχνικές του προσανατολισμένου στο πεδίο ελέγχου, σε συνδυασμό με τις απαιτήσεις που προκύπτουν από τη λειτουργία ενός ΗΑ και το προαναφερθέν μοντέλο, οδηγούν στην εξαγωγή cascaded PI ελεγκτών για καθέναν από τους λόγους κατάτμησης των μετατροπέων ισχύος. Σε δεύτερο στάδιο, βασισμένοι στα προβλήματα που προκύπτουν στις απότομες μεταβολές που συμβαίνουν στις εισόδους του συστήματος (απότομη αλλαγή της ταχύτητας) που περιλαμβάνουν μεγάλες υπερυψώσεις (windup) στα ρεύματα, ακόμα και σε τιμές πέρα των ρεαλιστικών τιμών που αντέχει το σύστημα του ΗΑ, οδηγούμαστε στην υιοθέτηση anti-windup τεχνικών. Οι τεχνικές αυτές περιορίζουν τη δράση του ολοκληρωτικού όρου των PI ελεγκτών εισάγοντας κορεστή με προκαθορισμένα όρια, κάτι που βελτιώνει κατακόρυφα τις αποκρίσεις των ρευμάτων, επιτυγχάνοντας παράλληλα το επιθυμητό σημείο λειτουργίας που έχει τεθεί εξ’ αρχής ως στόχος του ελέγχου.
Abstract (translated): In the present thesis analysis, modelling and control of an electric vehicle (EV) is implemented by designing proper control schemes, that aim to smooth and robust operation of EVs, independently from driving conditions. The rapid penetration of EVs into the global market gave rise to the implementation of new controlling and developing techniques. The main reasons for their rapid evolution are the environmental advantages they offer, due to low emission levels, economic reasons as fuel prices are increasing steadily, and power management reasons, as EVs are assumed “active” loads that have the ability of returning power back to the grid, in case of energy excess. However, the complexity of EVs system causes many problems that slow down their total domination in automotive industry, a complexity that emerges from the different electromechanical parts, an EV contains. Transmission system, electric machine, battery, auxiliary loads and power converters (dc/dc boost converter, dc/ac inverter) constitute the most important parts of an EV. In the present work, modelling and analysis of each subsystem and the combination of their mathematical representations leads to the derivation of the entire model of an EV, that constitute the basis for the design of proper controller schemes. To be more specific, standard techniques of field-oriented control in combination with EVs operation demands and the aforementioned mathematical model, result in cascaded PI controllers, one for each power converter duty-ratio. In a second stage, due to problems that emerge from abrupt changes in systems inputs (abrupt velocity change) and result in current responses with high overshoots that approach irrational, non-realistic values (windup), we adopt modern anti-windup techniques. Those techniques limit the effect of PI controllers integral part by introducing a saturation term with predefined limits, a term that drastically improves all current responses, while the desired operation point of the EV system is achieved.
Appears in Collections:Τμήμα Ηλεκτρολ. Μηχαν. και Τεχνολ. Υπολογ. (ΔΕ)

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
Nemertes_Priakos(ele).pdf3.48 MBAdobe PDFView/Open


This item is licensed under a Creative Commons License Creative Commons