منبع مقاله درباره سلسله مراتب، نرم افزار، فلسفه عمل

شناخته شده باشند.
2) تقسیم توان بین دو منبع انرژی برای تقویت بازده موتور احتراقی یا تقویت بازده شارژ یا دشارژ باتری در سطوح نسبتاً بالا. این پروسه نیازمند بکارگیری برخی از روندهای تصمیم گیری پیچیده می باشد.
3) به حرکت در آوردن اجزاء مکانیکی و الکتریکی برای برآورده کردن نیازهای فوق.
به عنوان مثال، کنترل فرآیند شارژ و دشارژ باتری، درگیر شدن یا خلاص شدن کلاچ در سیستم انتقال و کنترل دینامیکی موتور الکتریکی.
این فرآیندها معمولاً شامل سوئیچینگهای منطقی ،پرش26 ، سیگنالهای کنترلی نمونه برداری اطلاعات و سیگنالهای پیوسته می باشد که خودروهای هایبرید همواره در معرض این فرآیندها بصورت دینامیکهای زمان پیوسته و زمان گسسته می باشند. از این رو خودرو هایبرید یک سیستم دینامیکی هایبرید می باشد. سیستمهای هایبرید از لحاظ نحوه کنترلشان متفاوت می باشند، زیرا که :
1) روی محدوده عملکردی گسترده ای عمل می کنند.
2) با اغتشاشات غیر قابل پیش بینی و بعضاً قابل پیش بینی مواجه هستند.
3) بوسیله سنسورها وعملگرهای گسترده ای کنترل می شوند.
به منظور برآورده کردن نیاز های عملکردی، سیستم کنترل باید استراتژیهای مختلفی را برای هریک از شرایط عملکردی مستقل داشته باشد و رفتار تطبیقی نسبت به شرایط نامشخص و نامعیّن از خود نشان دهد و همچنین قادر باشد تا هماهنگی بین کنترل کننده های گسترده موجود در سیستم ایجاد کند. از اینرو کنترل یک خودرو هایبرید برقی بسیار پیچیده تر از یک خودرو معمولی با موتور احتراق داخلی می باشد. با توجه به گستردگی مد های عملکردی در خودرو هایبرید که شامل پنج مد عملکردی (مد الکتریکی ، مد احتراقی ، مد هایبرید، مد شارژ مجدد و مد بازیافت انرژی ترمزی) می باشد، لذا لازم است تا ابتدا مد عملکردی بهینه انتخاب شود. در صورت انتخاب مد هایبرید یا مد شارژ مجدد، توان موتور احتراقی و توان موتور الکتریکی و نسبت دنده در سیستم انتقال باید به صورتی انتخاب گردد تا شاخص های عملکردی خودرو نظیر مصرف سوخت، آلودگی ، تعادل شارژ باتری و قابلیت رانشی خودرو برآورده شوند. بنابراین با توجه به افزایش پیچیدگی در نیرومحرکه خودرو و برآورده کردن اهداف چندگانه ، یک ساختار کنترل سلسله مراتبی برای خودرو هایبرید نیاز می باشد[13و44].
در این ساختار یک کنترل کننده نظارتی27 در سطح بالا برای مدیریت عملکرد خودرو برای برآورده کردن نیازها و دنبال کردن اهداف زیر طراحی می شود:
– استراتژی مدیریت انرژی
– منطق عملکردی آرام
– شناسایی و مانیتورینگ لحظه به لحظه سیستم.
با توجه به این پیچیدگی ، طراحی تحلیلی یک سیستم کنترلی تقریباً غیر ممکن است[45و46و47]. همچنین شاخصهای هدف مانند صرفه جویی در سوخت28 و کیفیت رانشی خودرو و محدودیت های سیستمی ( اعتبار کنترل ، ظرفیتها ، قابلیتهای مولفه ها ، محدودیت ارتباطات و ….) اغلب طراحی ما را به سمت حالتهای مصالحه ای پیش برده است . برای پیکار با این چالش ، باید به سمت اقتباس یک ساختار کنترل هایبرید شامل یک ماشین حالت با حالتهای منطقی و خروجیهای کنترلی دینامیکی متناظر برای هر حالت پیش برویم. کنترل دینامیکی در مشارکت با کنترل کننده سیستم خودرو29 ، تغییر حالت نرم بین مدهای کنترلی را ایجاد می کند . نهایتاً این نوع ساختار کنترل هایبرید موجب یک طراحی روبه جلو می گردد که درک آنرا برای استفاده ساده می نماید . تقسیم بندی حالتهای عملکردی VSC جهت تعیین مدهای عملکردی خودرو مناسب است. قبل از هر چیز تمامی حالتهای عملکردی ممکن خودرو مشخص می گردند. سپس تمامی تحولات و حالتهای گذر ممکن بین این حالتها بر اساس تقاضاهای ممکن راننده و تغییرات حالتهای عملکردی خودرو تعریف می گردند . نهایتاً حالتهای گذر بطور انحصاری به منظور تضمین تصمیمات تک مقداری در ماشین تجزیه و تحلیل می شود. به عنوان اولین گام در تعریف و معین نمودن ماشین حالت، مجموعه ای از مدهای عملکردی ممکن برای هر یک از زیر سیستمها ، لیست شده اند . بعنوان مثال برای موتور احتراقی مدهای عملکردی ممکن دو حالت روشن و خاموش بودن آن است . این عمل برای تمامی زیر سیستمها انجام می شود. گام بعدی تعیین حالتهای گذر ممکن بین این مدهای عملکردی است این گذرها و انتقالات بین مدها به چند علت قابل و قوع می باشد:
– تغییر در تقاضای راننده
– تغییر در شرایط عملکردی خودرو ( گرم شدن بیش از اندازه موتور احتراقی ، کاهش شدید شارژ باتری ها، … .)
– وقوع خطا در یکی از سیستمها یا زیر سیستمها همانند ایجاد خطا توسط موتور الکتریکی بواسطه گرم شدن بیش از اندازه و …..
جدول (1-3) بعضی از حالتهای عملکردی در خودرو هایبرید برقی را نشان می دهد.
جدول (1-3) بعضی از حالتهای عملکردی در خودرو هایبرید برقی را نشان می دهد.
حالت کنترلر سیستم خودرو
موتور احتراقی
کلاچ
موتور الکتریکی
شرح
خاموش
خاموش
خلاص
خاموش
خودرو خاموش است
حرکت موتور الکتریکی
خاموش
خلاص
نیروی کشش موتوری
رانش خودرو از طریق موتور الکتریکی
بازیافت انرژی با سرعت پایین
خاموش
خلاص
ژنراتوری
بازیافت انرژی ترمزی و موتور احتراقی قطع می باشد
بازیافت انرژی با سرعت بالا
خاموش
درگیر
ژنراتوری
بازیافت انرژی ترمزی و موتور احتراقی وصل می باشد
حرکت موتور احتراقی
روشن
درگیر
خاموش
رانش خودرو از طریق موتور احتراقی
حالت تقویت
روشن
درگیر
نیروی کشش موتوری
رانش خودرو توسط موتور الکتریکی و احتراقی
شارژکردن
روشن
درگیر
ژنراتوری
رانش خودرو توسط موتور احتراقی و شارژ باتریها
توقف موتور احتراقی
روشن
درگیر
نیروی کشش موتوری
رانش خودرو توسط موتور الکتریکی و راه اندازی موتور احتراقی
روشن شدن موتور احتراقی
خاموش
خلاص
نیروی کشش موتوری
رانش خودرو توسط موتور الکتریکی و توقف موتور احتراقی
دشارژ کردن
روشن
درگیر
نیروی کشش موتوری
رانش خودرو توسط موتور احتراقی و دشارژ باتریها توسط موتور الکتریکی
در هر حالت عملکردی ، گذر براساس فلسفه عملکرد خودرو به منظور ارتقاء کیفیت رانشی و اهداف رانش پذیری آن صورت می پذیرد . به عنوان مثال در شرایطی که راندمان نقطه عملکرد نشان می دهد که خودرو باید توسط موتور احتراقی به جای موتور الکتریکی حرکت نماید یک گذر از حالت رانشی موتور الکتریکی به استارت موتور احتراقی رخ می دهد. همچنین یک حالت افزایش بیش از اندازه حرارت موتور الکتریکی ایجاب می کند که آن از حالت کمکی خارج شده و تنها موتور احتراقی انجام وظیفه نماید. تقدم بین ورورد به مراحل مختلف ممکن با توجه به سیستم خبره صورت می پذیرد.
در ساختار سلسله مراتبی ، کنترل کننده نظارتی براساس تقاضای راننده (سیگنالهای ترمز و شتاب) و حالت فعلی هر یک از زیر سیستمها (سرعت موتور احتراقی، سرعت موتور الکتریکی و حالت شارژ باتری ) باید توان مطلوبی را که هر یک از زیر سیستمهای الکتریکی و مکانیکی بایدتولید نمایند، مشخص کند. در این ساختار کنترل کننده های سطح پایین (محلی) می توانند به عنوان یک کنترل کننده تنظیم، هدف یابی و …. تعبیر شوند. این کنترل کننده از متغیرهایی نظیر سوخت، جریان و لتاژ استفاده می کنند. شکل (6-3) ساختار کنترل سلسله مراتبی دو سطحی در خودرو هایبرید برقی را نشان می دهد:
شکل(6-3) ساختار کنترل سلسله مراتبی در خودرو هایبرید برقی
3-3) مدلسازی دینامیکی سیستم محرکه رانشی خودرو هایبرید برقی :
اولین گام در طراحی یک استراتژی کنترل ، مدلسازی سیستم محرکه رانشی خودرو هایبرید برقی می باشد. براین اساس تا کنون روشهای متفاوتی برای مدلسازی زیر سیستمها استفاده شده است[47] . از آنجاییکه هدف اصلی طراحی استراتژی کنترل سلسله مراتبی براساس مدلسازی دینامیکی زیر سیستمها می باشد، در این قسمت ابتدا به بررسی توصیفی معادلات دینامیکی زیر سیستمها می پردازیم، سپس به بررسی سیستم محرکه رانشی خودرو هایبرید سری و خودرو هایبرید موازی و تعیین معادلات دینامیکی هریک اززیر مدهای عملکردی خودرو خواهیم پرداخت. برای جزئیات بیشتر در مدلسازی زیر سیستمها می توان به مرجع[48] اشاره کرد.
1-3-3)مدل دینامیکی موتور الکتریکی [49]
1-1-3-3) موتور DC : موتور انتخاب شده برای شبیه سازی خودرو هایبرید موازی یک موتور DC می باشد. موتور dc دارای یک سیم پیچی تحریک بر روی استاتور و یک سیم پیچی بر روی روتور می باشد. سیم پیچی تحریک توسط منبع dc تغذیه می شود تا شار در درون ماشین شکل گیرد. از طرفی جریان الکتریکی از منبع dc ( همان منبع dc یا منبع dc دیگری) از طریق جاروبک وارد آرمیچر می گردد که به دلیل وجود میدان قطبهای استاتور گشتاوری پدید می آید. موتورهای dc دارای مزایائی از قبیل انعطاف پذیری، گشتاور شروع بکار نسبتاً خوب، کنترل ساده سرعت و … و نیز معایبی نظیر وجود اتصالات لغزنده، تعمیر و نگهداری دوره ای، قابلیت اطمینان کم، قیمت نسبتاً بالا، وزن، حجم و اینرسی بالا، نیاز به مبدل dc به dc و راندمان نسبتاً کم می باشد.
معادلات حاکم بر موتور dc بسیار ساده و قابل پیاده سازی در محیط simulink می باشد. معادله
(6-3) نشان دهنده معادلات حاکم بر یک موتور dc تحریک جداگانه می باشد.
(6-3) 2-1-3-3)موتور القایی :
برای شبیه سازی خودرو هایبرید سری از موتور القایی استفاده شده است. موتور الکتریکی مورد نظر یک موتور القایی hp50 ، ph3 و V380 می باشد. معادلات دینامیکی موتور القایی در حوزه d-q مطابق معادله(7-3) می باشد.
(7-3)
که در آن ?qs و ?ds شارهای مغناطیسی محور های q و d استاتور، ?qr و ?dr شارهای مغناطیسی محور های q و d رتور، Vqs و Vds ولتاژ محورهای d و q استاتور، Vqr و Vdr ولتاژ محورهای d و q رتور، Rs مقاومت سیم پیچ استاتور، Rr مقاومت سیم پیچ رتور، Ls اندوکتانس سیم پیچ استاتور، Lr اندوکتانس سیم پیچ رتور، Lm اندوکتانس متقابل سیم پیچهای استاتور و رتور، ?e فرکانس میدان دوار استاتور و ?r سرعت زاویه ای رتور می باشد. همچنین Te گشتاور الکترومغناطیسی موتورالکتریکی ، Tm گشتاور مکانیکی اعمال شده به موتور و Jm ممان اینرسی محور رتور می باشد.
2-3-3)مدل دینامیکی موتور احتراقی
اولین قدم در طراحی یک کنترل کننده مناسب برای موتور احتراقی مدلسازی ریاضی آن می باشد.
مدل مورد نظر براساس مدل مرجع[50] می باشد. این مدل در نرم افزار matlab نیز به عنوان یک معیار30 برای مدلسازی موتور احتراقی در نظر گرفته شده است. مدل مانیفولد31 ورودی مطابق معادله
(8-3) می باشد:
(8-3)
درمعادلات فوق N سرعت دورانی، ? زاویه دریچه سوخت32 و Pamb فشار محیط می باشد. معادله دینامیکی حاکم بر سرعت و گشتاور موتور احتراقی مطابق معادله (9-3) می باشد:
(9-3)
که در معادله (9-3) ، ?1 گشتاور ناشناخته و متغیّر بار می باشد. ?eng گشتاور تولید شده توسط موتور احتراقی و J ممان اینرسی می باشد.
معادله گشتاور تولیدی موتور احتراقی مطابق معادله (10-3) می باشد.
?eng = -181.3 +379.36ma+21.91(AFR)-0.85(AFR)3 + 0.26?-0.0028?2 (10-3)
+0.027N- 0.000107N2+0.00048N?+2.55? ma-0.05?2 ma
در معادله (10-3) AFR، نسبت سوخت به هوا و?، آوانس جرقه می باشد. متغیّر ma
جرم هوای ورودی در طول کورس احتراق می باشد.
3-3-3)

مطلب مرتبط :   منابع و ماخذ مقالهزنان سالمند، زنان سالم، سطح معنادار

دیدگاهتان را بنویسید