پایان نامه طراحی استراتژی کنترل سلسله مراتبی زمان واقعی در خودروهای هایبرید برقی

word
193
5 MB
31375
1383
کارشناسی ارشد
قیمت: ۱۹,۳۰۰ تومان
دانلود فایل
  • خلاصه
  • فهرست و منابع
  • خلاصه پایان نامه طراحی استراتژی کنترل سلسله مراتبی زمان واقعی در خودروهای هایبرید برقی

    پایان نامه کارشناسی ارشد

     برق- قدرت

    آلودگی شهرهای بزرگ سالهاست که به یک مسئله حاد تبدیل شده است. تحقیقات کارشناسی نشان می دهد که علّت اصلی آلودگی شهرها، خودروهایی با موتور احتراق داخلی می باشند. خودروهای احتراقی معایب فراوانی دارند که از آن جمله می توان به مواردی چون وابستگی به یک نوع انرژی خاص (نفت)، تولیدگازهای گلخانه ای مانند ،تولید گازهای سمی مانند،و، تولید آلودگی صوتی، راندمان پائین سیستم و در نتیجه اتلاف انرژی اشاره نمود. با توجه به موارد فوق خودروهای برقی از دهه 1890مطرح شده و تا دهه 1930 پر طرفدار بوده اند. با پیشرفت خودروهای احتراقی، خودروهای برقی کم کم به فراموشی سپرده شدند تا اینکه در سال 1960 به بعد مجدداً با توجه به مشکلات خودروهای احتراقی، محققین به فکر چاره افتادند و تحقیقات مختلفی را در مورد خودروهای برقی آغاز نموده اند. خودروهای هایبرید برقی نوع تعمیم یافته خودروهای برقی خالص می باشند که معایب خودروهای برقی خالص تا حدودی در آنها برطرف گردیده است. در حقیقت این خودروها حد واسطی بین خودروهای متداول با موتور احتراقی و خودروهای برقی خالص می باشند.استفاده از موتور الکتریکی با راندمان بالا، امکان بازیابی انرژی و قابلیت جابجائی نقطه کار موتور احتراقی به نواحی با راندمان بهینه،کاهش آلودگی و افزایش راندمان کلی این خودروها را فراهم ساخته است.

    انواع خودروهای هایبرید

          به طور کلی یک خودروی هایبرید از یک سیستم ذخیره ساز انرژی، یک واحد تولید قدرت و یک سیستم انتقال تشکیل شده است. موتورهای احتراق داخلی جرقه زن، موتورهای تزریق مستقیم احتراقی، توربینهای گازی و پیل های سوختی می توانند به عنوان واحد تولید قدرت ایفای نقش کنند که با ترکیب مختلف آنها و استفاده از یک موتور الکتریکی می توان نیروی محرکه رانشی خودرو را فراهم نمود.

    برای واحد ذخیره انرژی می توان فلای ویل، خازن ها، باتریها را مد نظر داشت. اما در میان این انتخاب ها باتریها بیشترین کاربرد را دارند. سیستم انتقال متشکل از ادوات مکانیکی جعبه دنده، چرخ دنده ها، دیفرانسیل، کلاچ و... می باشد.

    با توجه به ساختار کنترلی و روش اتصال اجزاء به یکدیگر خودروهای هایبرید به سه دسته زیر تقسیم می شوند:

    1-خودروهای هایبرید سری

    2-  خودروهای هایبرید موازی

    3-خودروهای هایبرید ترکیبی(سری-موازی)

         در خودروهای سری موتور الکتریکی محرک اصلی رانشی است. در واقع مجموعه باتریها،موتور الکتریکی با توان نسبتاً بالا را تغذیه می کنند. در شرایطی که حالت شارژ باتری از کمترین مقدار مجاز کاهش پیدا کند در این موقع موتور احتراقی شروع بکار کرده و با چرخاندن ژنراتور باعث شارژ شدن باتری ها می شود.طبیعی است که این عمل باعث افزایش محدوده رانشی خودرو می گردد.

         در نوع موازی، خودرو علاوه بر محرکه رانشی الکتریکی (موتور الکتریکی) از موتور احتراقی نیز سود می برد. در این نوع، موتور الکتریکی در حالتی که خودرو در مد احتراقی تنها کار می کند در نقش یک ژنراتور باعث شارژ شدن باتریها خواهد شد. بسته به نوع استراتژی کنترلی ممکن است در ابتدای امر،موتور الکتریکی شروع بکار نموده ( در سرعتهای پائین ) و بعد از آن موتور احتراقی وارد سیستم خواهد شد.( در سرعتهای بالا) .

     خودروی هایبرید ترکیبی در واقع ترکیبی از دو سیستم سری-موازی است. مولفه های سیستم رانشی در خودروهای هایبرید ترکیبی عبارتند از:

    1-دو منبع تولید توان،یک موتور احتراقی یا پیل سوختی و... بهمراه یک موتور ترکشن جهت ایجاد نیروی محرکه و بازیابی انرژی.

    2-سیستم انتقال متغیر پیوسته،CVT[1]

    3- یک کلاچ الکترو مغناطیسی برای سیستم انتقال توان

    4-یک موتور الکتریکی کوچک برای تولید انرژی الکتریکی(شارژ)و استارت موتور احتراقی

    5- باتریها

          نحوه ارتباط اجزاء این سیستم در حالتهای مختلف حرکتی ،توسط واحد های کنترل کننده صورت می پذیرد. دو نکته ای که می بایست در مورد خودروهای برقی هایبرید مورد توجه قرار گیرد یکی مسئله بازیابی انرژی در روند کاهش سرعت و ترمز  توسط موتور الکتریکی می باشد که می تواند به نوعی باعث بهبود در مصرف انرژی شود . نکته دوم عدم آلایندگی بخاطر عدم مصرف سوخت در شرایط توقف می باشد.در این حالت ، که ناشی از مسئله ترافیک شهری می باشد خودرو در مد الکتریکی کار می کند و در نتیجه باعث کاهش آلودگی خواهد شد.

     

     

     

     

     

    استراتژی های کنترلی در خودروهای هایبرید برقی 

    تا کنون استراتژیهای کنترلی مختلفی برای مدیریت بهینه انرژی در خودرو های هایبرید برقی ارائه شده است. استراتژیهای کنترلی یا مدیریت انرژی برای خودرو های هایبرید برقی اساساً برای برآورده کردن چندین هدف همزمان بکار می روند. نخستین هدف معمولاً مینیمم کردن مصرف سوخت می باشد و همچنین تلاش برای کاهش آلودگی و برآورده کردن قابلیت رانشی خودرو از اهداف اصلی می باشد. بدون توجه به ساختار خودرو هایبرید برقی، هدف اصلی استراتژی کنترل، مدیریت لحظه ای انتقال توان بین منابع انرژی و دست یابی به اهداف کنترلی اصلی می باشد. یکی از مشخصه های مهم استراتژی کنترل ، این است که اهداف کنترلی اکثراً بصورت انتگرالی هستند (مصرف سوخت و آلودگی در هر مایل مسیر) یا بصورت شبه محلّی در زمان هستند (قابلیت رانشی در هر بازه زمانی). در حالیکه عملکرد های کنترلی بصورت محلّی در زمان هستند. علاوه بر این اهداف کنترلی اغلب تحت قید های انتگرالی ، نظیر نگداشتن حالت شارژ باتریها در محدوده مطلوب ، هستند. طبیعت کلّی همه اهداف و قیدها  نمی تواند منجر به تکنیکهای بهینه سازی کلّی گردد ، زیرا که آینده در یک شرایط حرکت واقعی نامشخص می باشد. برای این منظور بعضی از روشها وجود دارد که براساس نتایج حاصل از بهینه سازی کلّی  روی یک سیکل از پیش تعیین شده ، استراتژی کنترل را بنا می نهند. ولی این روشها بطور مستقیم منجر به پیاده سازی عملی نمی شوند، زیرا مسئله اصلی با معیار بهینه سازی کلّی این است که کلّ برنامه رانشی باید از پیش تعیین شده باشد و در این حالت استراتژی کنترل زمان واقعی به آسانی پیاده سازی نمی شود. برای این منظور در این پایان نامه، با توجه به پیچیدگی سیستم محرکه رانشی خودرو هایبرید برقی  به بررسی یک استراتژی کنترل سلسله مراتبی برای خودرو هایبرید برقی پرداخته شده است. برای این منظور ابتدا مدلسازی دینامیکی زیر سیستم ها انجام گرفته ، سپس برای هر یک از زیر سیستم ها کنترل کننده محلّی مربوط به خودش طراحی می شود. پس از آن برای دستیابی به اهداف عملکردی، استراتژی سوئیچینگ بین زیر سیستمها برای رسیدن به استراتژی کنترل زمان واقعی طراحی می گردد. 

    محتوای فصلهای بعدی

    هدف اصلی این پایان نامه دست یابی به یک استراتژی کنترل زمان واقعی برای خودرو هایبرید برقی می باشد. برای این منظور ابتدا در فصل اوّل به شناسایی استراتژیهای کنترلی موجود پرداخته شده است. در فصل دوّم ، به علت اینکه در انجام این پایان نامه از روشهای هوشمند نیز استفاده شده است، استراتژی های کنترل هوشمند بررسی گردیده است. در فصل سوم ساختار کنترل سلسله مراتبی خودرو هایبرید برقی به عنوان یک سیستم هایبرید با تاکید بر مدلسازی دینامیکی زیر سیستمها، مورد بررسی قرار گرفته است. در فصل چهارم به طراحی استراتژی کنترل هوشمند سلسله مراتبی برای خودرو هایبرید برقی پرداخته شده است و در فصل پنجم استراتژی کنترل سلسله مراتبی زمان واقعی برای خودرو هایبرید برقی و شبیه سازی آن توضیح داده شده است.

    مقدمه

    با توجه به پیچیدگی خودرو هایبرید برقی تاکنون روش ها و الگوریتم های کنترلی متفاوتی برای کنترل آن بکار رفته است. در یک دسته بندی کلّی می توان استراتژیهای کنترلی در خودروهای هایبرید برقی را به پنج دسته  تقسیم کرد:

    1) استراتژی کنترلی تجربی

    این روش بر پایه نتایج بدست آمده از اطلاعات تجربی و آزمایشگاهی می باشد وبراساس مدلهای استاتیکی سیستم می باشد. در این روش مدهای عملکردی سیستم خودرو هایبرید قابل شناسایی بوده و می توان به آسانی این روش را در عمل پیاده سازی کرد.

    2) استراتژی کنترلی مبتنی بر بهینه سازی استاتیکی

    در این روش از فرض های استاتیکی و شبه استاتیکی برای مدلسازی استفاده شده و با استفاده از نقشه های بازده موتور احتراقی و سایر زیر سیستمهای نیرومحرکه رانشی خودرو ، استراتژی کنترل بنا می شود.

    3) استراتژی کنترلی مبتنی بر کنترل بهینه

    این روش مبتنی بر طبیعت دینامیکی و شبه استاتیکی زیر سیستم ها بوده و بر پایه روش های برنامه ریزی دینامیکی و تئوری کنترل بهینه استوار می باشد.

    4) استراتژی کنترل مبتنی بر کنترل دینامیکی

    این روشها بر پایه معادلات حالت سیستم دینامیکی خودرو هایبرید برقی بنا نهاده شده است و از روشهایی چون تئوری لیاپانوف ، کنترل تطبیقی و ...  برای تحلیل پایداری سیستم استفاده می شود.

    5 ) استراتژی کنترل مبتنی بر روشهای هوشمند

    در این روش از روشهای هوشمند مانند الگوریتم ژنتیک، کنترل فازی ، شبکه عصبی و... استفاده می شود. استراتژیهای هوشمند در فصل دوّم بصورت کلّی آمده است.

    1-1) استراتژی های کنترلی بر پایه قوانین تجربی

    بسیاری از استراتژیهای کنترلی عملکردی برپایه مشاهدات و قوانین تجربی می باشد. در این راستا استراتژی های کنترلی ساده ای در مراکز تحقیقاتی دنیا برروی خودروهای هایبرید برقی اعمال شده است. به عنوان نمونه در مرجع[1]، در شرایطی که حالت شارژ[2] باتری ها در حد بالایی است خودرو به صورت الکتریکی خالص عمل می کند و در بزرگراهها و یا در شرایط کاهش SOC از موتور احتراقی برای جبرانسازی SOC باتریها استفاده می شود. نتایج تجربی نشان می دهد که در این شرایط خودرو قادر به طی مسافت رانشی معادل 400  کیلومتر در سیکل شهری است. در مرجع[2] استراتژی مدیریت انرژی براساس استراتژی ثابت نگهداشتن حالت شارژ باتریها ارائه شده است. در این حالت ابتدا مدهای عملکردی خودرو براساس قوانین تجربی شناسایی شده ، سپس کنترلر خودرو فرامین کنترلی را براساس فیدبک پارامترهایی نظیر ،حالت شارژ باتریها، سرعت موتور احتراقی و سرعت خودرو به کنترل کننده موتور احتراقی،کنترل کننده موتور الکتریکی ،کنترل کننده باتری و کنترل کننده ترمزها صادر می کند. در این حالت مد های عملکردی خودرو براساس قوانین انتخاب می شود. شکل (1-1) ساختار سیستم کنترل خودرو هایبرید برقی که براساس آن استراتژی کنترل بنا نهاده شده است، نشان می دهد. همانطور که مشاهده می شود، کنترل کننده اصلی خودرو بر اساس سیگنال شتاب گیری و ترمز گیری،  به هر یک از کنترل کننده های زیر سیستم ها، فرمانهای کنترلی را اعمال می کند . در این حالت مد های عملکردی سیستم ابتدا تعیین شده و سپس بر این اساس فرمانهای کنترلی اعمال می گردد. در این قسمت به بررسی مدهای عملکردی می پردازیم :

     

    .

    شکل (1-1) ساختارسیستم کنترل خودرو هایبرید برقی را نشان می دهد.

    1-1-1) مد رانشی:

    فرض کنید La که بین صفر و یک می باشد ، سیگنال موقعیت شتاب دهنده باشد که به کنترل کننده سیستم خودرو فرستاده می شود. در حالتی که شتاب دهنده کاملاً آزاد باشد، La=0 و تقاضای گشتاور صفر می باشد. حالتی که شتاب دهنده کاملاٌ فشرده باشد، La=1 و نشان دهنده ماکزیمم تقاضای گشتاور (Mamax) می باشد. در این حالت گشتاور مورد نیاز در حالت شتابگیری بصورت رابطه (1-1) تعریف می شود:

    (1-1)                                                                                               Ma=La´Mamax   

    فرض کنید که Le سیگنال فرمان توان موتور احتراقی باشد که توسط کنترلر سیستم خودرو اعمال می شود و بین صفر و یک می باشد.دریچه هوا موتور احتراقی اگر کاملاٌ بسته باشد ، Le=0 و هیچ توانی تولید نمی شود. اگر دریچه هوا کاملاً باز باشد، Le=1 و ماکزیمم توان توسط موتور احتراقی تولید می شود(Memax) . بنابراین گشتاور موتور احتراقی در سرعت w بصورت رابطه(2-1) می باشد:

    (2-1)                                                                                             Me=Le´Memax(w) اگر Lm سیگنال فرمان توان موتور الکتریکی که توسط کنترلر خودرو به کنترل کننده موتور الکتریکی اعمال می شود. اگر Lm<0 عملکرد موتور به گونه ای است که نقش ژنراتوری دارد و به عنوان شارژ کننده باتری و یا در حالت بازیافت انرژی ترمزی عمل می کند. وقتی که Lm>0 باشد، موتور الکتریکی نقش موتوری در رانش خودرو دارد. بنابراین گشتاور موتور الکتریکی در سرعت w بصورت رابطه (3-1) می باشد:

    (3-1)                                                                                       Mm=Lm´Mmmax(w)

    که در آن Mmmax ماکزیمم گشتاور موتور الکتریکی می باشد.

    در حالتی که حالت شارژ باتریها پایین تر از یک مقدار مینیمم SOCmin باشد، موتور احتراقی گشتاور اضافی را تولید کرده تا موتور الکتریکی حالت شارژ باتریها را بین مقدار مینیمم و ماکزیمم حفظ کند.

    گشتاور اضافی برای شارژ باتریها (Mcharge) متناسب با تفاوت بین SOC و میانگین SOCmin و SOCmax  می باشد. بنابراین داریم:

    (4-1)                                                          Mcharge=Mc´[0.5´(SOCmax+SOCmin)-SOC    

    (5-1)                                                                                   Mc=0.25´min(Memax(w))

     براساس فرضیات فوق مد های عملکردی در خودرو بصورت زیر تعریف می شود:

    1-1-1-1) مد رانشی توسط موتور الکتریکی:

    اگر سرعت خودرو از یک مقدار آستانه که متناسب با کمترین سرعت موتور احتراقی می باشد، کمتر باشد در این حالت موتور الکتریکی به تنهایی در رانش خودرو نقش دارد. بنابراین Le=0 بوده و فرمان گشتاور از کنترل کننده خودرو به کنترل کننده موتور الکتریکی بصورت رابطه (6-1) می باشد:

    (6-1)                                                                                            

    2-1-1-1) مد رانشی توسط موتور احتراقی:                                                                         

    اگر گشتاور مورد نیاز Ma£Memax و SOC³SOCmax باشد در این حالت موتور احتراقی تنها در رانش خودرو نقش دارد. بنابراین Lm=0 بوده و فرمان گشتاور از کنترل کننده خودرو به کنترل کننده موتور احتراقی بصورت رابطه (7-1) می باشد:

    (7-1)                                                                                            

    3-1-1-1) مدرانشی هایبرید:

    اگر سرعت خودرو از سرعت آستانه بیشتر باشد و گشتاور درخواستی از ماکزیمم گشتاور موتور الکتریکی باشد، در این حالت موتورالکتریکی باید درگیر شود و موتور احتراقی باید با دریچه سوخت کاملاٌ باز کار کند (Le=1). در این حالت فرمان گشتاور موتور الکتریکی بصورت رابطه (8-1) می باشد:

    (8-1)                                                                               

    4-1-1-1) مد شارژ باتریها:

    در حالتی که گشتاور درخواستی Ma کمتر از ماکزیمم گشتاور موتور احتراقی در سرعت w باشد، و حالت شارژ باتریها کمتر از مقدار مینیمم مجاز باشد، موتور احتراقی باید گشتاور اضافی را برای شارژ باتریها توسط موتور الکتریکی (ژنراتور) فراهم نماید. در این حالت فرمانهای گشتاور مربوط به موتور الکتریکی و موتور احتراقی بصورت رابطه (9-1) می باشد:

    (9-1)                                                                         

    Lm نمایانگر این است که موتور الکتریکی در این حالت به صورت ژنراتور عمل می کند.

     

     

    2-1-1) مد ترمزی:

    فرض کنید که Lb  کسری از گشتاور ترمزی محدود شده با  لغزش باشد که در واقع سیگنال مربوط به پدال ترمز می باشد. وقتی که پدال ترمز بصورت کامل فشرده باشد، Lb=1 و هنگامی که کاملاٌ آزاد باشد Lb=0 خواهد بود. بنابراین گشتاور ترمزی ایجاد شده از طریق پدال ترمز بصورت رابطه (10-1) می باشد:

    (10-1)                                                                                              Mb=Lb*Mbmax

    Mbmax ماکزیمم گشتاور ترمزی محدود شده با لغزش می باشد.

    در این حالت گشتاور تولیدی از طریق بازیافت Mbm بوده و بصورت معادله رابطه (11-1) بیان می شود:

    (11-1)                                                                                Mbm=Lm*Mbmmax(w)

    Mbmmax (w)  ماکزیمم ظرفیت بازیافت انرژی ترمزی که تابعی از سرعت موتور می باشد.

    فرض کنید Lf کسری از ماکزیمم گشتاور ترمز ناشی از اصطکاک مکانیکی باشد. در این صورت گشتاور ترمزی مربوط به اصطکاک مکانیکی (Mbf) برحسب ماکزیمم گشتاور ترمزی مربوط به اصطکاک مکانیکی (Mbfmax) بصورت رابطه (12-1) بیان می گردد:

    (12-1)                                                                            Mbf=Lf*Mbfmax               

    براین اساس در این حالت نیز سه مد عملکردی برای خودرو هایبرید وجود دارد.

    1-2-1-1) مد ترمزی اصطکاکی:

    وقتی که حالت شارژ باتریها از مقدار ماکزیمم SOCmax بزرگتر باشد دراین حالت بازیافت انرژی ترمزی نیاز نمی باشد. همه گشتاور مورد نیاز ترمزی باید از طریق سیستم ترمز اصطکاک تامین شود. بنابراین فرمان ترمز اصطکاکی از سیستم کنترل خودرو به کنترل کننده ترمزها اعمال می شود.

     

    2-2-1-1) مد بازیافت ترمزی:

    موقعی که حالت شارژ باتری ها از مقدار SOCmin کمتر باشد و مقدار گشتاور ترمزی مورد نیاز خودرو کمتر از ماکزیمم بازیافت انرژی ترمزی سیستم باشد (Mb=Lb*Mbmax

    (13-1)                                                                                 

    3-2-1-1) مد ترمزی هایبرید:

    وقتی که حالت شارژ باتریها کمتر از SOCmin باشد و گشتاور مورد نیاز ترمزی بیشتر از قابلیت بازیافت ترمزی باشد ، سیستم ترمز اصکاک مکانیکی باید فعال شود. در این حالت فرمان ترمز مکانیکی از سیستم کنترل خودرو به سیستم کنترل ترمز اعمال شده و به صورت رابطه (14-1) می باشد:

    (14-1)                                                                                 

    بنابراین با توجه به مطالب فوق ابتدا بایستی مدهای عملکردی در خودرو را شناسایی نمود و یک استراتژی مبتنی برقانون[3] برای آن بناکرد. در در مرجع [3] نیز به ارائه یک استراتژی کنترلی برپایه قانون های تجربی پرداخته شده است. در این راستا برای خودرو هایبرید پنج مد عملکردی (مد الکتریکی، مد احتراقی، مد هایبرید، مد شارژ مجدد و مد بازیافت انرژی ترمزی معکوس) تعریف گردیده،  سپس براساس قوانین مشخص شده بین مدها، استراتژی کنترل بنا نهاده شده است. برای بهبود مصرف سوخت و کاهش آلودگی ، کنترل کننده باید تصمیم بگیرد که کدام مد عملکردی باید استفاده شود و تقسیم بهینه توان بین دو منبع انرژی با برآورده کردن درخواست توان از راننده و برآورده کردن حالت شارژ باتریها باید صورت گیرد. فرآیند طراحی با تفسیرموقعیت پدال حرکت به عنوان یک توان درخواستی Preq شروع می شود. بنابراین براساس توان درخواستی و حالت خودرو، عملکرد کنترل کننده بوسیله یکی از سه مد عملکردی ، مد کنترل ترمز، مد کنترل تقسیم توان و مد کنترل شارژ مجدد، مشخص می شود. اگر توان درخواستی  Preq منفی باشد، در این حالت کنترلر ترمزها سرعت خودرو را کاهش می دهد. اگر Preq مثبت باشد، در این حالت هم باید کنترل کننده تقسیم توان فعال شود و هم کنترل شارژمجدد براساس حالت شارژ باتریها باید اعمال شود.  از طرفی برای بالا نگهداشتن سطح شارژ باتریها ، برای اینکه حالت شارژ بین یک محدوده بالایی و پایینی قرار بگیرد، از یک استراتژی سطح بالا استفاده می شود. برای این منظور از یک محدوده 55-60% برای شارژ باتری به منظور عملکرد موثر باتری استفاده می شود. استراتژی تقسیم توان به این صورت می باشد که بر اساس نقشه بازده موتور احتراقی ، شکل(2-1) ، و خط توان Pe-on و توان کمکی مربوط به موتور الکتریکی 

    (Pm-a )، عملکرد موتور احتراقی در ناحیه موثر باشد.

    1-Continuos Variable Transmission

    [2] State Of Charge (SOC)

    [3] Rule-Base

     

    Abstract

    Control strategies for hybrid electric vehicles are usually aimed at several simultaneous objectives. The primary one is usually the minimization of the vehicle fuel consumption, while also attempting to minimize engine emissions and maintaining or enhancing driveability. Regardless of the topology of the vehicle, the essence of the HEV control problem is the instantaneous management of the power flows from more devices to achieve the overall control objectives. One important characteristic of this generic problem is that the control objectives are mostly integral in nature (fuel consumption and emission per mile of travel), or semi-local in time like driveability, while the control actions are local in time. Furthermore, the control objectives are often subject to integral constraints, such as nominally maintaining the battery state-of-charge (SOC). The global nature of both objectives and constraints do not lend itself to traditional global optimization technique, because the main problem with global optimization index is whole of driving cycle should be predetermined and real time control strategy is not implemented simply.  A common method to control of the complex dynamic systems with many uncertainties is designing some different of local controllers each for a specific operating area or determined objects and then designing of a switching strategy through the subsystems to achieve the global objectives of the system. In this thesis, the hierarchical control structure has been investigated due to the complexity of hybrid electric vehicle powertrain.  From the view point of hierarchy, the switching strategy relates to upper hierarchy and plays the key role in systems operating. Then for each subsystems of hybrid electric vehicle, itself local controller has been designed and after that in order to achieve the operating objectives, switching strategy through subsystems for the real time control strategy has been designed.

    Keywords: Hybrid Electric Vehicles, Real Time Control Strategy, Hierarchical Structure, Hybrid System, Switching Strategy.  

     

  • فهرست و منابع پایان نامه طراحی استراتژی کنترل سلسله مراتبی زمان واقعی در خودروهای هایبرید برقی

    فهرست:

     

    فهرست مطالب                                                                                                                    صفحه

     

    ( مقدمه  )

    انواع خودروهای هایبرید. 1

    استراتژی های کنترلی در خودروهای هایبرید برقی.. 4

    محتوای فصلهای بعدی.. 5

    (فصل اوّل) 6

    استراتژیهای کنترلی در خودرو های هایبرید برقی.. 6

    مقدمه. 7

    1-1) استراتژی های کنترلی بر پایه قوانین تجربی.. 8

    2-1) استراتژی کنترل مبتنی بر بهینه سازی استاتیکی.. 19

    1-2-1) تعریف مسئله. 21

    3-1) استراتژی کنترل مبتنی بر کنترل بهینه. 37

    1-3-1) فرمول بندی مسئله. 41

    2-3-1)بهینه سازی براساس برنامه ریزی پویا 46

    3-3-1) نتایج شبیه سازی.. 48

    4-3-1)شناسایی الگوی رانشی.. 55

    4-1) استراتژی کنترل مبتنی بر مدلسازی دینامیکی.. 62

    (فصل دوّم ) 72

    استراتژی های کنترل هوشمند. 72

    مقدمه. 73

    (فصل سوّم) 90

    ساختار کنترل سلسله مراتبی در خودرو های هایبرید برقی و مدلسازی آن. 90

    مقدمه. 91

    1-3) سیستم های دینامیکی هایبرید. 91

    مثال(1-3) 94

    مثال(2-3) 95

    2-3) ساختار سلسله مراتبی خودرو هایبرید برقی.. 96

    3-3) مدلسازی دینامیکی سیستم محرکه رانشی خودرو هایبرید برقی.. 102

    1-3-3)مدل دینامیکی موتور الکتریکی.. 102

    2-3-3)مدل دینامیکی موتور احتراقی.. 104

    3-3-3) مدلسازی دینامیکی باتری.. 105

    4-3-3) مدل سازی دینامیکی خودرو 105

    5-3-3)  محاسبه گشتاور درخواستی.. 106

    4-3)سیستم محرکه رانشی خودرو هایبرید سری  و معادلات حاکم بر مدهای عملکردی.. 107

    1-4-3) مد الکتریکی.. 107

    2-4-3) مد هایبرید. 108

    5-3) روابط دینامیکی مربوط به حالتهای عملکردی در خودرو هایبرید برقی موازی.. 108

    1-5-3) مد موتور الکتریکی.. 109

    2-5-3) مد هایبرید. 110

    3-5-3) مد ترمزی.. 110

    شکل(9-3) مدهای کنترلی در خودرو هایبرید برقی.. 111

    (فصل چهارم) 112

    طراحی و شبیه سازی استراتژی کنترل هوشمند سلسله مراتبی برای خودرو هایبرید برقی.. 112

    مقدمه. 113

    1-4) طراحی استراتژی کنترل نظارتی هوشمند براساس منطق فازی برای خودرو هایبرید موازی.. 113

    2-4) طراحی استراتژی کنترل سلسله مراتبی برای خودرو هایبرید سری براساس مدلسازی دینامیکی زیر سیستمها 122

    3-4) نتایج شبیه سازی.. 128

    (فصل پنجم) 130

    دست یابی به استراتژی کنترل سلسله مراتبی زمان واقعی برای خودرو هایبرید برقی.. 130

    نتایج و شبیه سازی.. 130

    مقدمه. 131

    1-5)پیاده سازی استراتژی کنترل سلسله مراتبی برای خودرو هایبرید موازی.. 134

    2-5)شرایط گذر بین مدهای کنترلی.. 136

    3-5) نتایج شبیه سازی.. 143

    نتیجه گیری.. 149

    نظرات و پیشنهادات.. 151

    مراجع. 152

    ضمائم. 158

                                                   

     

    فهرست شکلها و جدولها                                                                                                                       صفحه  

    شکل (1-1) ساختارسیستم کنترل خودرو هایبرید برقی را نشان می دهد.                                                     9

    شکل(2-1) استراتژی تقسیم توان براساس نقشه های بازده موتور احتراقی                                                    14

    جدول(1-1) نتایج شبیه سازی استراتژی کنترل                                                                                  16

    شکل(3-1) عملکرد موتور احتراقی برحسب متغیرهای مختلف                                                                 17

    شکل(4-1) موقعیت کاری مطلوب برای یک موتور احتراقی                                                                     20

    شکل(5-1) فرآیند استراتژی کنترل تطبیقی                                                                                       23

    شکل(6-1) منحنی بازده انرژی موتور احتراقی                                                                                    25

    شکل(7-1) منحنی مصرف سوخت برحسب موتور الکتریکی                                                                    27

    شکل(8-1) نمودار تغییرات شارژ باتری برحسب گشتاور موتور الکتریکی                                                      28

    شکل(9-1)منحنی مصرف سوخت برحسب تغییرات حالت شارژ باتری                                                        29

    شکل(10-1) تاثیر فاکتور تنظیم روی حالت شارژ باتری                                                                         31

    شکل(11-1) مجموع انرژی محاسبه شده برای یک در خواست گشتاور و سرعت                                            32

    شکل(12-1) منحنی آلودگی مربوط به NOx که تابعی از سرعت و گشتاور موتور احتراقی می باشد.                  32

    شکل(13-1) منحنی مربوط به مقدار دهی آلودگی                                                                               33

    شکل(14-1) نرمالیزه کردن مصرف انرژی سوخت و آلودگی هوا                                                               33

    شکل(15-1) تابع فشرده کلی و تابع انرژی نرمالیزه شده                                                                        35

    شکل(16-1) نتایج حاصل از بهینه سازی Baseline                                                                           36

    شکل(17-1) نتایج حاصل از بهینه سازی تطبیقی                                                                                36

    شکل(18-1) مقایسه نتایج حاصل از دو بهینه سازی زمان واقعی و Baseline                                             37

    شکل(19-1) تاثیرl(0) بر DSOC                                                                                               40

    شکل(20-1) منحنی بازده موتور الکتریکی                                                                                        43

    شکل (21-1) مدل استاتیکی باتری                                                                                                 45

    شکل(22-1) منحنی بازده  باتری در حالت شارژ ودشارژ                                                                        45

    شکل(23-1) نتایج شبیه سازی با در نظر گرفتن مصرف سوخت                                                              48

    جدول(2-1) نتایج شبیه سازی مربوط به مصرف سوخت و آلودگی                                                            49

    شکل(24-1)نتایج آلودگی و مصرف سوخت پس از حل مسئله بهینه سازی                                                 50

    شکل(25-1) نتایج بهینه سازی با در نظر گرفتن آلودگی و مصرف سوخت                                                  51

    نمودار (26-1) مراحل بهینه سازی دینامیکی را نشان می دهد.                                                                52

    شکل(27-1) منحنی نسبت تقسیم توان بهینه برحسب توان درخواستی روی سرعت سیستم انتقال                     54

    جدول(3-1) مقایسه نتایج حاصل از شبیه سازی برای استراتژی های کنترلی مختلف                                      55

    شکل(28-1) ساختار کلی استراتژی کنترل براساس شناسایی الگوی رانشی                                                  56

    استفاده می شود.                                                                                                                        57

    شکل(29-1) فلوچارت و متغیرهایی که برای تعریف مجازی الگوهای رانشی منتخب بکار می رود.                       57

    جدول(4-1) شش الگوی منتخب که براساس فرآیند شناسایی الگوی رانشی بدست آمده است                           58

    شکل (30-1) الگوی رانشی با میانگین توان پایین و تغییراستاندارد بالا                                                      59

    شکل (31-1) الگوی رانشی با میانگین توان بالا و تغییراستاندارد پایین                                                      59

    شکل(32-1) ساختار کلی استراتژی کنترل چند حالته                                                                          60

    جدول(5-1) نتایج شبیه سازی حاصل از قانون کنترل زیر بهینه برای هر الگوی حرکتی منتخب                        60

    جدول(6-1) مقایسه نتایج حاصل از کنترل تک حالته و چند حالته وکنترل بهینه                                         61

    شکل(33-1) ساختار خودرو هایبرید با کنترل کننده دینامیکی                                                               63

    شکل(34-1) نتایج حاصل از شبیه سازی استراتژی کنترل دینامیکی                                                         64

    شکل(35-1) نتایج حاصل از شبیه سازی براساس استراتژی کنترل لیاپانوف                                                66

    شکل(36-1) ساختار کنترل عصبی تطبیقی                                                                                       67

    شکل(37-1) ساختار کنترل کننده مورد نظر برای خودرو هایبرید برقی                                                      69

    شکل(1-2) ساختار کنترل کننده فازی                                                                                            75

    شکل(2-2) توابع عضویت ورودی و خروجی                                                                                       77

    شکل(3-2) منحنی تغییرات مقدار K                                                                                              77

    شکل(4-2) سطح فازی استراتژی کنترل                                                                                           78

    شکل(5-2)نتایج شبیه سازی برای سیکلهای رانشی مختلف                                                                    78

    شکل(6-2) ساختار کنترل کننده فازی                                                                                            79

    شکل(7-2) نتایج حاصل از شبیه سازی استراتژی کنترل                                                                        81

    شکل(8-2) تغییرات ولتاژ باتری                                                                                                     81

    شکل(9-2) ساختار کنترلر فازی بهینه                                                                                             82

    شکل(10-2) ساختار استراتژی کنترل فازی                                                                                       84

    جدول(1-2) محدوده تغییرات هر یک از ژنها                                                                                      87

    جدول (2-2) مقایسه جوابهای بهینه با دوروش گرادیان و الگوریتم ژنتیک                                                   88

    جدول(3-2) مقایسه نتایج آلودگی های محیط زیستی دو روش الگوریتم ژنتیک و گرادیان                               88

    شکل (11-2) منحنی های لحظه ای آلودگی CO                                                                               89

    شکل(1-3) ساختار یک سیستم پیوسته                                                                                           92

    شکل(2-3) ساختار سلسله مراتبی یک سیستم هایبرید                                                                         93

    شکل(3-3) ساختار کلّی یک استراتژی سوئیچینگ                                                                              94

    شکل(4-3) ساختار ماشین حالت محدود برای سیستم انتقال اتوماتیک                                                       95

    شکل(5-3) ساختار کنترل ترموستاتی برای کنترل دما                                                                          96

    جدول (1-3) بعضی از حالتهای عملکردی در خودرو هایبرید برقی را نشان می دهد.                                    100

    شکل(6-3) ساختار کنترل سلسله مراتبی در خودرو هایبرید برقی                                                          101

    شکل(7-3) ساختار الکتریکی و مکانیکی خودرو هایبرید سری                                                               107

    شکل(8-3) ساختار مکانیکی و الکتریکی خودرو هایبرید موازی                                                              109

    شکل(9-3) مدهای کنترلی در خودرو هایبرید برقی                                                                           111

    شکل(1-4) ساختار خودرو هایبرید موازی موجود در نرم افزار Advisor                                                  114

    شکل(2-4) کنترل نظارتی سلسله مراتبی خودرو هایبرید برقی                                                              114

    شکل(3-4) ساختار کنترل نظارتی که درجعبه ابزار stateflow پیاده سازی شده است.                                116

    شکل(4-4) استراتژی کنترلی سطح بالا و پیاده سازی آن در محیط Simulink                                          117

    شکل(5-4) ساختار کلّی استراتژی کنترل فازی                                                                                 118

    شکل(6-4) توابع عضویت ورودی مربوط به کنترل کننده فازی را نشان می دهد.                                         119

    شکل(7-4) مدلسازی خودرو هایبرید موازی و ساختار کنترل کننده نظارتی                                               120

    جدول(1-4) نتایج حاصل از آلودگی و مصرف سوخت با استراتژی کنترل فازی                                           120

    شکل(8-4) نتایج حاصل از شبیه سازی استراتژی کنترل فازی                                                               121

    جدول(2-4) نتایج آلودگی و شبیه سازی با استراتژی کنترل فازی موجود در Advisor                                122

    جدول(3-4) نتایج آلودگی و شبیه سازی با استراتژی Baseline موجود در Advisor                                 122

    شکل(9-4) ساختار استراتژی کنترل نظارتی برای خودرو هایبرید سری                                                     123

    شکل(10-4) ساختار کلّی استراتژی کنترل فازی برای کاهش تغییرات نقطه کار موتور احتراقی                         125

    شکل(11-4) توابع عضویت ورودی برای کنترل کننده فازی                                                                  126

    جدول(4-4) مقادیر قطعی مربوط به ΔPg                                                                                      127

    جدول(5-4) پایگاه قوانین فازی                                                                                                   127

    شکل(12-4) نتایج شبیه سازی استراتژی کنترل فازی بر اساس مدلسازی دینامیکی زیر سیستم ها Error! Bookmark not defined.

    شکل(1-5) نقاط کار بهینه و منحنی بازده موتور احتراقی                                                                     133

    شکل(2-5) نقاط کار بهینه و منحنی بازده موتور الکتریکی                                                                   133

    شکل(3-5) نقاط کار بهینه و منحنی بازده باتری                                                                               134

    شکل(4-5) زیر حالت مربوط به مد هایبرید(1)                                                                                137

    شکل(5-5) زیر حالت مربوط به مد هایبرید(2)                                                                                138

    شکل(6-5) زیر حالت مربوط به مد هایبرید(2)                                                                                139

    شکل(7-5) زیر حالت مربوط به مد هایبرید                                                                                     140

    شکل(8-5) حالت مربوط به مد شارژ مجدد باتریها                                                                             141

    شکل(9-5) مدهای کنترلی در مد رانشی                                                                                        141

    شکل(10-5) مدهای کنترلی در مد ترمزی                                                                                      142

    شکل(11-5) ساختار کنترل سلسله مراتبی خودرو هایبرید برقی به همراه مدل سازی دینامیکی خودرو هایبرید    143

    شکل(12-5) سیکل رانشی CYC_CHSVR                                                                                144

    شکل(13-5) گشتاور موتور الکتریکی (Tem) و گشتاور موتور احتراقی (Tice)                                           144

    شکل(14-5) منحنی تغییرات نقطه کار موتور احتراقی                                                                         145

    شکل(15-5) حالت شارژ باتری ها را نشان می دهد                                                                            146

    شکل(16-5) سرعت خودرو پس از دنبال کردن مسیر حرکت                                                                146

    شکل(17-5) شبیه سازی استراتژی کنترل Baseline                                                                        147

    شکل(18-5) سیکل رانشی CYC_ECE                                                                                      147

    شکل(19-5)نتایج شبیه سازی روی سیکل CYC_ECE                                                                   148

    شکل(20-5) سرعت خودرو را نشان می دهد.                                                                                   148

    شکل(1-ض1) ساختار اصلی سیستم های فازی خالص                                                                        161

    شکل(2-ض1) ساختار اصلی سیستم فازی TSK                                                                              161

    شکل(3-ض1) ساختار اصلی یک سیستم فازی با فازی ساز و غیر فازی ساز                                               162

    شکل(4-ض1) تابع عضویت μ را برحسب e(t) نشان می دهد.                                                              163

    شکل(5-ض1) نمایش گرافیکی غیر فازی ساز مرکز ثقل                                                                      165

    شکل(6-ض1) نمایش گرافیکی غیر فازی ساز میانگین مراکز                                                                165

    شکل(7-ض1) ساختار سیستم فازی تولید شده توسط ANFIS                                                           168

    شکل(8-ض1) مراحل طراحی سیستم فازی با ANFIS                                                                     169

    شکل (1-ض2) ساختار یک ماشین حالت محدود در محیط stateflow                                                  172

    جدول (1-ض3) مشخصات موتور القایی                                                                                         175

    جدول (2-ض3) مشخصات موتور DC                                                                                           176

    شکل(3-ض3) منحنی بازده موتور DC                                                                                          176

    شکل(4-ض3) منحنی بازده موتور احتراقی                                                                                      177

    جدول (3-ض3)مشخصات خودرو                                                                                                 178

    جدول (4-ض3)مشخصات خودرو                                                                                                 178

    منبع:

     

    [1] S.M.T. Bathaee, S.R.Emami, A.Hajizadeh,” Dynamic Modeling and Intelligent

         Control of Hybrid Electric Vehicle”

    - پذیرفته شده در کنفرانس IASTED MIC2005 (Modelling,Identification and Control  ) در کشور اتریش   (به علت عدم حمایت مالی از سوی دانشگاه، ارائه نگردید. )

    - پذیرفته شده در کنفرانس

    The 9th World Multi-Confernce on Systematic, Cybernetics and Informatics  (WMCI2005) July10-13,2005 Orlando,Florida, USA

    -

     

    [2] S.M.T. Bathaee, A.Hajizadeh, S.R.Emami, “A Fuzzy-based Supervisory Robust

          Control For Parallel Hybrid Electric Vehicles”

    - ارسال برای کنفرانس IASTED

    (Automation, Control and Application   ~ ACIT-ACA 2005~)

     

    [3] سید روح اله امامی میبدی،  امین حاجی زاده گستج ، سید محمد تقی بطحایی " آشنایی با گروه تحقیقاتی خودرو های هایبرید برقی دانشگاه صنعتی خواجه نصیر الدین طوسی و مدلسازی و کنترل سلسله مراتبی خودرو هایبرید برقی" 

    - ارسال برای کنفرانس بین المللی مهندسی برق – دانشگاه زنجان

    [4] S.M.T. Bathaee, A.Hajizadeh, S.R.Emami, “Control Strategy for Parallel Hybrid      

          Electric Vehicles by Fuzzy Clustering and Neuro-Fuzzy Model”

    -



تحقیق در مورد پایان نامه طراحی استراتژی کنترل سلسله مراتبی زمان واقعی در خودروهای هایبرید برقی, مقاله در مورد پایان نامه طراحی استراتژی کنترل سلسله مراتبی زمان واقعی در خودروهای هایبرید برقی, پروژه دانشجویی در مورد پایان نامه طراحی استراتژی کنترل سلسله مراتبی زمان واقعی در خودروهای هایبرید برقی, پروپوزال در مورد پایان نامه طراحی استراتژی کنترل سلسله مراتبی زمان واقعی در خودروهای هایبرید برقی, تز دکترا در مورد پایان نامه طراحی استراتژی کنترل سلسله مراتبی زمان واقعی در خودروهای هایبرید برقی, تحقیقات دانشجویی درباره پایان نامه طراحی استراتژی کنترل سلسله مراتبی زمان واقعی در خودروهای هایبرید برقی, مقالات دانشجویی درباره پایان نامه طراحی استراتژی کنترل سلسله مراتبی زمان واقعی در خودروهای هایبرید برقی, پروژه درباره پایان نامه طراحی استراتژی کنترل سلسله مراتبی زمان واقعی در خودروهای هایبرید برقی, گزارش سمینار در مورد پایان نامه طراحی استراتژی کنترل سلسله مراتبی زمان واقعی در خودروهای هایبرید برقی, پروژه دانشجویی در مورد پایان نامه طراحی استراتژی کنترل سلسله مراتبی زمان واقعی در خودروهای هایبرید برقی, تحقیق دانش آموزی در مورد پایان نامه طراحی استراتژی کنترل سلسله مراتبی زمان واقعی در خودروهای هایبرید برقی, مقاله دانش آموزی در مورد پایان نامه طراحی استراتژی کنترل سلسله مراتبی زمان واقعی در خودروهای هایبرید برقی, رساله دکترا در مورد پایان نامه طراحی استراتژی کنترل سلسله مراتبی زمان واقعی در خودروهای هایبرید برقی

ثبت سفارش
تعداد
عنوان محصول
بانک دانلود پایان نامه رسا تسیس