منبع مقاله درباره نرم افزار، حل مسئله، ISO

انعطاف پذیری بیشتری روی سیکلهای رانشی مختلف دارد. شکل(18-1) نیز از دیدگاهی دیگر به مقایسه دو استراتژی کنترل Baseline و زمان واقعی می پردازد.
شکل(18-1) مقایسه نتایج حاصل از دو بهینه سازی زمان واقعی و Baseline
براساس بحث فوق می توان اذعان داشت که استراتژی کنترل مبتنی بر بهینه سازی استاتیکی بیشتر بر پایه مدلسازی استاتیکی و شبه استاتیکی زیر سیستمها استوار می باشد از اینرو قادر به توجیه حالتهای گذرا نمی باشد. از طرفی در این حالت مدهای عملکردی خودرو هایبرید برقی قابل شناسایی نبوده و در بعضی از حالات موتور احتراقی در ناحیه بازده پایین کار می کند.
3-1) استراتژی کنترل مبتنی بر کنترل بهینه
تاکنون استراتژیهای گوناگونی برای کنترل بهینه خودرو هایبرید ارائه شده است، بطوریکه هریک بر پایه مدلها و نرم افزار های خاصی می باشد. روش ارائه شده در مرجع [9] ، یک روش خارج خط8 بوده و برای بهینه سازی طراحی و کنترل خودرو از نرم افزار بهینه سازی DIRCOL استفاده شده است. در این روش متغیرهای کنترلی برای ورودی مدل محاسبه می شود و بوسیله پارامترهای متناوب ویژه ای از استراتژی عملکردی، متغیرهای کنترل و مصرف سوخت در چندین سیکل حرکتی ، به وسیله روشهای سعی و خطا ، پله به پله می تواند بهینه سازی شود. برای حل چنین مسائلی ، یک مدل خاص از سیستم نیاز می باشد که بوسیله معادلات حالت و معادلات قیدها فرمول بندی می شود.
در این روش ابتدا باید مسیرهای بهینه بردار کنترل برای سیکلهای رانشی داده شده پیدا شود . هدف مینیمم کردن سوخت ممکن برای یک سیکل است. در این حالت رفتار و محدودیتهای اجزاء سیستم بصورت اتوماتیک با پروسه بهینه سازی تطبیق پیدا می کند . این روش بر پایه کنترل بهینه می باشد.
از مزیتهای بارز این روش ، محاسبه مینیمم مصرف سوخت ممکن و قابلیت اینکه بطور دقیق شرایط حالت شارژمتعادل شده برای باتری برآورده شود. SOC در شروع زمان یک سیکل و در پایان زمان سیکل باید برابر باشد، در غیر این صورت مقدار دهی مصرف سوخت بصورت مستقیم غیر ممکن می باشد.
در مرجع [10] کنترل بهینه شده بهنگام9 برای خودروهایبرید برقی معرفی شده است. در یک خودرو هایبرید ، مسئله اساسی تقسیم بهینه گشتاور بین موتور الکتریکی و موتور احتراقی بصورت روی خط می باشد. در خودروهای هایبرید واقعی ، این عملکرد بوسیله استراتژی عملکردی که برپایه مشخصه های استاتیک مبتنی بر فرضیات تجربی با پارامترهای استراتژی بهینه شده، تجزیه وتحلیل می شود. این نوع کنترل بسیار سریع و قابل اطمینان است ولی اغلب نتایجی دور از روش کنترل بهینه دارد. روشهای گذشته بیشتر بر پایه روشهای خارج خط بود بطوریکه روی یک سیکل مسئله بهینه سازی انجام می گرفت. ولی در روش روی خط مسئله بهینه سازی در هر لحظه باید انجام گیرد. برای بهینه سازی روی خط ، لازم است تا یک هدف که مربوط به هرنقطه از زمان می باشد، مشخص شود. در این روش برخلاف روش خارج خط ، که SOC باید برای هر پریود زمانی بوسیله شرایط مرزی ثابت نگه داشته شود، مسئله انرژی الکتریکی ضامن10 در باتری باید به صراحت در اهداف لحاظ شود.
ایده اصلی برای فرمول بندی تابع هدف ، مینیمم کردن اتلاف توان مربوط به نیروی محرکه است. تلفات شامل، مجموع تلفات واقعی توان در نیرو محرکه خودرو و مصرف توان در واحد های کمکی الکتریکی می باشد و توان داخلی باتری که معادل با تغییر انرژی ذخیره شده است. بخشی دیگری از اتلاف توان مربوط به توانهای غیر فیزیکی می شود . برای مینیمم کردن توان کنترل کننده باید توان موتور احتراقی و مقادیر واقعی سرعت خودرو ، حالت شارژ باتری ، حالت عملکردی موتور احتراقی و نسبت انتقال دنده را مشخص کرد. برای این منظور، پروسه بهینه سازی باید همه مینیمم های محلی کوچک را بدست آورد ، سپس با اطمینان مینیمم کلی را بدست آورد.
در مراجع [11و12] یک الگوریتم بهینه سازی یکپارچه برای بدست آوردن مصرف سوخت بهینه روی یک سیکل داده شده ، ارائه شده است.
در مقایسه با دیگر روشهای ارائه شده ، این روش دارای دو مزیت عمده ، سرعت و قابلیت دستیابی به یک استراتژی زمان حقیقی11 می باشد.
برای این منظور معادلات مکانیکی حاکم برسیستم نوشته شده و متغیر های تصمیم گیری که در اینجا Tth(t) (گشتاور موتور احتراقی) و K(t) (تعداد دنده) می باشد ، انتخاب می شوند. استراتژی کنترل الگوریتمی است که در هر نمونه برداری، گشتاور موتور احتراقی و تعداد دنده را طوری انتخاب می کند ، بطوریکه مصرف سوخت که تابعی از گشتاور و سرعت موتور احتراقی می باشد، در هر لحظه مینیمم شود(رابطه (29-1)).
(29-1)
با در نظر گرفتن قید های ساختاری و مکانیکی و حل معادله بهینه سازی ، یک جواب واضح برای مسئله بدست می آید که Tth(t)=0 می باشد ، که این امر باعث می شود که باتری بطور کامل دشارژ
شود. بنابراین باید یک شرط دیگر را معادلات در نظر گرفت : (حالت شارژ اولیّه) SOC(N)=SOC(0) (حالت شارژ نهایی)
این قید باعث می شود تا رانش خودرو در نتیجه مصرف انرژی سوخت باشد . در این حالت باتری نقش بافری دارد و باعث می شود که مصرف سوخت مینیمم شود. برای حل معادله بهینه سازی ازروش لاگرانژ استفاده می شود. پس از حل معادلات مشخص می شودکه جواب بهینه فقط به مقدار ?(0) بستگی دارد. بنابراین باید مقدار ?(0) طوری تنظیم شود تا باشد. (X حالت شارژ باتری)
بنابراین برای دستیابی به یک الگوریتم زمان واقعی باید مقدار صحیحی از ?(0) در انتهای هر تست پیش بینی شود و شرط برآورده شود.
واضح است که اگر سفر از قبل برای ما مشخص نباشد ، غیر ممکن است تا این مقادیر پیش بینی شود.
با توجه شکل (19-1) تاثیر ?(0) روی مقدارSOC=X(N)-X(0) ? نشان می دهد[12].
شکل(19-1) تاثیر?(0) بر ?SOC
درمراجع [3 و13] یک اسراتژی کنترل بهینه بر پایه برنامه ریزی پویا برای مینیمم کردن مصرف سوخت و آلودگی ارائه شده است. در این حالت مسئله بهینه سازی براساس مسئله برنامه ریزی دینامیکی با افق محدود در نظر گرفته شده است.
1-3-1) فرمول بندی مسئله
در حالت زمان گسسته ، مدل خودرو هایبرید بصورت رابطه (30-1) در نظر گرفته می شود:
(30-1)
که در آن u(k) بردار متغیرهای کنترل نظیر گشتاور خروجی از موتور احتراقی ، گشتاور خروجی از موتور الکتریکی ، فرمان مربوط به جابجایی دنده به سیستم انتقال می باشد. x(k) بردار حالت سیستم می باشد. زمان نمونه برداری برای مسئله کنترل حلقه اصلی یک ثانیه در نظر گرفته می شود[13].
هدف بهینه سازی پیدا کردن بردار ورودی u(k) برای مینیمم کردن تابع هزینه که برای یک سیکل رانشی داده شده بصورت رابطه (31-1) می باشد.
(31-1)
که درآن N تعداد زمانهای نمونه برداری و L تابع هدف لحظه ای شامل مصرف سوخت ، مقدارآلودگی NOxخروجی از موتور احتراقی و ذرات PM می باشد.? و? ضرایب وزنی هستند.
در طول فرایند بهینه سازی، نیاز می باشد تا قیدهای نا مساوی را نیز درحل مسئله وارد کنیم.
که We سرعت موتور احتراقی ، Te گشتاور موتور احتراقی ، Tm گشتاور موتور الکتریکی ، Wm سرعت موتور الکتریکی ، SOC حالت شارژ باتریها می باشند.
SOCmin و SOCmax متناظراً 0.4 و 0.7 در نظر گرفته شده اند[13]. علاوه بر قید های فوق دو قید تساوی برای مسئله بهینه سازی به منظور برآورده کردن سرعت و گشتاور مورد نیاز ناشی از سیکل رانشی در هر زمان نمونه برداری اعمال می شود.
برای اینکه قیدی نیز روی حالت شارژ باتریها داشته باشیم و برای جلوگیری از دشارژ سریع باتری ، تابع هدف به صورت معادله (33-1) نوشته می شود:
(33-1)
G(X(N))= ?(SOC(N)-SOCf )2 (34-1)
که SOCf و SOC(N) به ترتیب حالت شارژ مطلوب و حالت شارژ در زمان نهایی می باشد و ? فاکتور وزنی مثبت می باشد
برای حل مسئله فوق و بعلت پیچیدگی مسئله بهینه سازی ، ساده سازی در مدل ها انجام گرفته است. برای این منظور دینامیکهایی سریعتر از 1Hz حذف گردیده است. زیرا این دینامیکها اثر کمتری روی مصرف سوخت و آلودگی هوا دارند. بوسیله آنالیز مدهای دینامیکی ، مشخص می شود که تنها سه متغیر حالت نیاز می باشد تا در نظر گرفته شود: سرعت خودرو ، تعداد دنده سیستم انتقال و حالت شارژ باتریها. بنابراین ساده سازی پنج جزء اصلی خودرو هایبرید به صورت زیر می باشد:
1-1-3-1) مدلسازی موتور احتراقی[13]
دینامیک موتور احتراقی براساس فرضهای شبه استاتیکی حذف می شوند. مصرف سوخت و آلودگی تولید شده از موتور احتراقی توابع استاتیکی از دو متغیر مستقل ، سرعت و گشتاور موتور احتراقی می باشند. در این مرجع نقشه های آلودگی مربوط به NOx و PM براساس نرم افزار ADVISOR استفاده شده است و فرض شده است که موتور احتراقی کاملا گرم می باشد، از این رو تاثیر دمای موتور احتراقی در نظر گرفته نشده است.
2-1-3-1) سیستم انتقال[13]
ترتیب جابجایی دنده در سیستم انتقال بصورت یک مدل دینامیکی زمان گسسته با زمان نمونه برداری 1sec در نظر گرفته می شود(رابطه(35-1)):
(35-1)
در معادله فوق gx تعداد دنده بوده و تابع shift(k) برای سیستم انتقال محدود به مقادیر -1,0,1 می شود که نمایانگر جابجایی بالا ، ثابت بودن، جابجایی پایین می باشد.
مدلسازی مربوط به خط رانشی12 بصورت مدل استاتیکی در نظر گرفته می شود[13].
3-1-3-1) مدل موتورالکتریکی[13]
مشخصات موتور الکتریکی همگی براساس نقشه های بازده می باشد که در شکل (20-1) نشان داده شده است.
شکل(20-1) منحنی بازده موتور الکتریکی
بازده موتور الکتریکی تابعی از گشتاور و سرعت موتور الکتریکی می باشد(رابطه (36-1))
(36-1)
در نتیجه محدودیت توان باتری و گشتاور موتور الکتریکی ، گشتاور نهایی موتور الکتریکی بصورت رابطه (37-1) می باشد:
(37-1)
در معادله (37-1) Tm.req گشتاور درخواستی از موتور الکتریکی و Tm,dis و Tm,chg ماکزیمم گشتاور موتور در حالت موتوری و در حالت شارژ می باشد. همچنین Tbat,dis و Tbat,chg محدوده های گشتاور باتری در نتیجه محدودیت جریان باتری در مد های شارژ و دشارژ می باشد.
4-1-3-1)مدل باتری[13]
با توجه به حذف اثر دما-گرمایی و حالتهای گذرا در باتری معادله باتری بصورت معادله (38-1) می باشد که تنها متغیر آن حالت شارژ باتری می باشد:
(38-1)
معادل مداری باتری براساس مدل استاتیکی آن بصورت شکل(21-1) می باشد:
شکل (21-1) مدل استاتیکی باتری
براساس شکل فوق و معادله باتری ، Rint مقاومت داخلی باتری و Voc ولتاژ مدار باز می باشند که هر دو تابعی از حالت شارژ باتری می باشد. Qb ماکزیمم شارژ باتری و Rt مقاومت ترمینال باتری می باشد. باتری به علّت مشخصّه غیر خطّی و نامتقارن و بازدهی نسبتاً پایین نقش مهمی را در عملکرد خودرو هایبرید بازی می کند. شکل (22-1) منحنی مشخصه های مربوط به بازده باتری در حالت شارژ و دشارژ نشان می دهد.
شکل(22-1) منحنی بازده باتری در حالت شارژ ودشارژ
همانطور که مشاهده می شود، بازده دشارژ باتری در SOC های پایین کاهش می یابد و بازده شارژ باتری در ناحیه SOC بالا کاهش می یابد. بهرحال باتری باید در سطوح توان پایین هم در حالت شارژ و هم در حالت دشارژ برای بازده بالا کار کند.
5-1-3-1)

مطلب مرتبط :   دانلود پایان نامه ارشد با موضوعsupport، Prevention، Variable

دیدگاهتان را بنویسید