منبع مقاله درباره نرم افزار، سلسله مراتب، بهبود عملکرد

بتوان بصورت بهینه تقسیم لحظه ای توان بین موتور احتراقی و موتور الکتریکی را انجام داد از یک ساختار کنترل فازی استفاده شده است. استراتژی کنترل فازی براساس گشتاور در خواستی و حالت شارژ باتریها، گشتاور بهینه موتور احتراقی را تنظیم کرده و گشتاور باقیمانده را از طریق موتور الکتریکی تامین می نماید.
(2-4) TEM_desired = TLOAD – TICE_Set
که در معادله فوق TLOAD، گشتاور درخواستی و TICE_Set ، گشتاور بهینه موتور احتراقی و TEM_Desired گشتاور مطلوب برای موتور الکتریکی می باشد.
1-2-1-4) ساختارکلّی کنترل کننده فازی:
شکل(5-4) ساختار کلّی استراتژی کنترل فازی طرّاحی را نشان می دهد.
شکل(5-4) ساختار کلّی استراتژی کنترل فازی
کنترل کلّی کننده فازی از بخش های زیر تشکیل شده است.
1) مقیاس بندی سیگنالهای ورودی
2) کنترل کننده فازی
3) مقیاس بندی سیگنالهای خروجی
برای طراحی استراتژی کنترل فازی از نتایج مربوط به استراتژی کنترل تطبیقی موجود در نرم افزار Advisor به عنوان معیار33 استفاده شده است. استراتژی کنترل تطبیقی موجود براساس بهینه سازی استاتیکی می باشد که در فصل اوّل بصورت کامل توضیح داده شده است. مهمترین موضوع در طراحی استراتژی کنترل فازی، تنظیم بهینه پارامترهای توابع عضویت و پایگاه قوانین مربوط به آن می باشد. برای این منظور با استفاده از 34ANFIS در محیط جعبه ابزار Fuzzy ، کنترل کننده فازی بهینه طراحی گردید. در ضمیمه 1 بصورت کامل در باره سیستم فازی توضیحات کامل ارائه شده است.
شکل(6-4) توابع عضویت مربوط به ورودیها را نشان می دهد.
شکل(6-4) توابع عضویت ورودی مربوط به کنترل کننده فازی را نشان می دهد.
3-1-4) نتایج شبیه سازی
پس از طراحی استراتژی کنترل، برروی مدلهای نرم افزار Advisor پیاده سازی می شود. شکل(7-4) مدل خودرو هایبرید موازی به همراه استراتژی کنترل طراحی شده را نشان می دهد.
شکل(7-4) مدلسازی خودرو هایبرید موازی و ساختار کنترل کننده نظارتی
سیکل CYC_NYCC35 برای انجام شبیه سازی در نظر گرفته می شود. شکل(8-4) نتایج حاصل از شبیه سازی را نشان می دهد.
همانطور که در شکل(8-4) نشان داده می شود، استراتژی کنترل فازی توانسته است حالت شارژ باتریها را در محدوده مطلوب نگهدارد. نتایج حاصل از آلودگی و مصرف سوخت در جدول(1-4) نشان داده شده است.
جدول(1-4) نتایج حاصل از آلودگی و مصرف سوخت با استراتژی کنترل فازی
آلودگی NOx
0.805(gr/km)
آلودگی CO
6.897(gr/km)
آلودگی HC
1.784(gr/km)
مصرف سوخت
12.3 (L/100km)
(لف)
(ب)
(ج)
(د)
شکل(8-4) نتایج حاصل از شبیه سازی استراتژی کنترل فازی
الف) سیکل رانشی ب) حالت شارژ باتریها ج) جریان باتریها د) گشتاور موتور احتراقی
برای مقایسه نتایج آلودگی و مصرف سوخت حاصل از استراتژی کنترل طراحی شده را با نتایج آلودگی و مصرف سوخت استراتژی کنترل فازی و استراتژی کنترل baseline موجود در نرم افزار Advisor مقایسه می کنیم. .
نتایج حاصل از آلودگی و مصرف سوخت براساس استراتژی کنترل فازی موجود در نرم افزارAdvisor در جدول (2-4) آمده است.
جدول(2-4) نتایج آلودگی و شبیه سازی با استراتژی کنترل فازی موجود در Advisor
آلودگی NOx
1.558(gr/km)
آلودگی CO
6.147(gr/km)
آلودگی HC
2.07(gr/km)
مصرف سوخت
12.1 (L/100km)
همچنین نتایج مربوط به استراتژی کنترل Baseline در جدول (3-4) نشان داده شده است.
جدول(3-4) نتایج آلودگی و شبیه سازی با استراتژی Baseline موجود در Advisor
آلودگی NOx
0.972 (gr/km)
آلودگی CO
11.285(gr/km)
آلودگی HC
1.905(gr/km)
مصرف سوخت
12.1 (L/100km)
نتایج بدست آمده در جدول(3-4) گویای این واقعیّت می باشد که آلودگی ناشی از استراتژی کنترل Base line به مراتب بیشتر از استراتژی کنترل فازی بوده و این بدلیل روشن خاموش شدنهای بیشتر موتور احتراقی در استراتژی کنترل Baseline می باشد ولی این امر باعث کاهش بیشتر مصرف سوخت در این استراتژی شده است.
2-4) طراحی استراتژی کنترل سلسله مراتبی برای خودرو هایبرید سری براساس مدلسازی دینامیکی زیر سیستمها
برای بهبود عملکرد خودرو هایبرید برقی سری، استراتژی کنترل سلسله مراتبی براساس منطق فازی برای خودرو هایبرید برقی سری با مدلسازی دینامیکی زیر سیستمها طراحی شده که به بررسی آن می پردازیم. اهداف اصلی استراتژی کنترل نظارتی سلسله مراتبی، برآورده کردن قابلیت رانشی خودرو هایبرید برقی ، نگهداشتن حالت شارژ باتری ها در محدوده مطلوب و اینکه موتور احتراقی در ناحیه توان ثابت بهینه کار کند و گرادیان تغییرات توان موتور احتراقی تقریباً صفر باشد. این امر باعث می گردد تا نقطه کار مربوط به موتور احتراقی پرشهای کم داشته و باعث بهبود عملکرد سیستم و کاهش آلودگی و مصرف سوخت شود. مدلسازی سیستم محرکه رانشی در فصل سوّم بصورت کامل توضیح داده شده است. اینک به بررسی استراتژی کنترل طراحی شده می پردازیم:
1-2-4) کنترل کننده نظارتی سطح بالا
کنترل کننده نظارتی سطح بالا همانند استراتژی کنترل نظارتی برای خودرو هایبرید برقی موازی ، برای شناسایی مدهای کنترلی درخودرو هایبرید سری استفاده می شود. مهمترین چیزی که باید مشخص شود، این است که که چه موقع موتور احتراقی روشن و چه موقع خاموش گردد. برای این منظور دو مد عملکردی on و off در نظر گرفته و استراتژی کنترل نظارتی سطح بالا را بر پایه آن در محیط جعبه ابزار Stateflow بنا می نهیم و سپس تمامی شرایط لازم بین مدهای کنترلی را تعریف می کنیم.
1-1-2-4) شرایط گذر بین مدهای کنترلی
شکل(9-4) ساختار استراتژی کنترل نظارتی را که با استفاده از جعبه ابزار Stateflow طراحی شده است را نشان می دهد.
شکل(9-4) ساختار استراتژی کنترل نظارتی برای خودرو هایبرید سری
همانطور که در شکل(9-4) مشاهده می شود، کنترل نظارتی از دو حالت عملکردی اصلی on و off تشکیل شده است. حالت عملکردی off متناظر با مد الکتریکی خالص و حالت عملکردی on متناظر با مد هایبرید می باشد. هدف اصلی استراتژی فوق ثابت نگهداشتن حالت شارژ باتریها بین مقدار مینیمم و ماکزیمم حالت شارژ باتریها که در اینجا مقدار5/0 و 7/0 است، می باشد. با توجه به ساختار شکل(9-4)، فرض براین است که در اغاز حرکت خودرو بصورت الکتریکی شروع بکار کند. شرایطی که باعث می شود تا خودرو از مد الکتریکی به مد هایبرید سوئیچ کند، براساس شرایط زیر می باشد:
شرط 1) اگر حالت شارژ باتریها از مقدار مینیمم کمتر شد، موتور احتراقی روشن می شود.
شرط2) اگر توان مکانیکی در خواست شده از سوی سیکل رانشی از ماکزیمم توان باتری بیشتر شد، موتورر احتراقی روشن می گردد، تا کمبود توان باتری را از طریق ژنراتور جبران نماید.
همانطور که در ابتدا گفته شد، یکی از اهداف استراتژی کنترل فوق کاهش پرشهای نقطه کار موتور احتراقی می باشد، و سعی بر این است تا موتور احتراقی در یک توان ثابت کار کند. برای این منظور دو زیر حالت (Inactive fuzzy و active fuzzy) برای مد هایبرید در نظر گرفته شده است. در زیر حالت Inactive fuzzy ، هنوز استراتژی کنترل فازی فعال نشده است و هنگامی که توان موتور احتراقی به توان بهینه (42kW ) برسد، استراتژی کنترل فازی برای کاهش تغییرات نقطه کار موتور احتراقی حول نقطه کار بهینه ، فعّال می شود.
شرایطی که باعث می گردد تا خودرو از مد هایبرید به مد الکتریکی سوئیچ کند:
شرط3) اگر حالت شارژ باتری از مقدار ماکزیمم بیشتر و توان مکانیکی در خواستی از ماکزیمم توان باتری بیشتر گشت، در این حالت موتور احتراقی خاموش می گردد.
شرط4) هنگامیکه سرعت خودرو کاهش می یابد و حول و حوش مقدارصفر باشد، موتور احتراقی خاموش می شود.
2-2-4) استراتژی کنترل فازی برای مدیریت بهینه توان بین موتور احتراقی و باتری
همانطور که گفته شد، از اهداف اصلی استراتژی کنترل، تقسیم بهینه توان بین موتور احتراقی و باتری می باشد. موتور احتراقی باید در ناحیه توان ثابت بهینه کار کند و نقطه کار آن پرش زیاد نداشته باشد. از این رو باید گرادیان توان موتور احتراقی تقریباً ثابت باشد. بنابراین از یک کنترل کننده فازی برای این منظور استفاده می شود[52]. ساختار کلّی استراتژی کنترل فازی بصورت شکل(10-4) می باشد.
شکل(10-4) ساختار کلّی استراتژی کنترل فازی برای کاهش تغییرات نقطه کار موتور احتراقی
1-2-2-4) ورودی ها و خروجی های استراتژی کنترل فازی
همانطور که در شکل (10-4) مشاهده می شود، استراتژی کنترل از سه ورودی تشکیل شده است.
?Pm ، تغییرات توان مکانیکی و توان در خواست شده از سیکل رانشی می باشد. توان مکانیکی همان توان باس می باشد که به موتور الکتریکی اعمال می گردد و توان در خواست شده از سوی سیکل حرکت، براساس معادلات دینامیکی خودرو براساس سیکل رانشی بدست می آید.
?Pg0 ، میزان تغییرات توان از نقطه کار بهینه موتور احتراقی می باشد.
?Pg0 = Pg – Pg0 ; (3-4)
Pg0 = 42KW; (4-4)
SOC ، حالت شارژ باتریها می باشد.
استراتژی کنترل موردنظر دارای دو خروجی می باشد.
?Pg ، تغییرات نقطه کار موتور احتراقی
?Pb ، تغییرات توان باتری می باشد. که در واقع توسط رابطه (5-4) بدست می آید.
?Pb= ?Pm- ?Pg (5-4)
2-2-2-4) ساختار استراتژی کنترل فازی
استراتژی کنترل فازی طراحی شده دارای پایگاه قوانین، فازی ساز، موتور استنتاج فازی سوگنو و غیر فازی ساز میانگین مراکز می باشد که در محیط جعبه ابزار Fuzzy نرم افزار Matlab طراحی شده است(در ضمیمه 1 بطور کامل در این مورد توضیح داده شده است.) . برای طراحی کنترل کننده فازی ابتدا محدوده مقادیر توابع عضویت ورودی انتخاب می شود. سپس توابع عضویت ورودی مطابق شکل(11-4) رسم می گردد.
شکل(11-4) توابع عضویت ورودی برای کنترل کننده فازی
توابع عضویت ورودی از نوع گوسی می باشد. دراین حالت مقادیر حالت شارژ باتری بین[0,0.7] و محدوده مقادیر ?Pg0بین [-1500,1500] و محدوده مقادیر ?Pm بین مقادیر[-6000,6000] می باشد. توابع عضویت خروجی مقادیر قطعی می باشد[52] . مقادیر قطعی خروجی برای ?Pg مطابق جدول (4-4) می باشد.
جدول(4-4) مقادیر قطعی مربوط به ?Pg
-1.25?Pg0
متوسط منفی
NM
-0.625?Pg0
کم منفی
NS
تقریباً صفر
AZ
0.625?Pg0
کم مثبت
PS
-1.25?Pg0
متوسط مثبت
PM
-1.875?Pg0
بزرگ مثبت
PB
-2.5?Pg0
خیلی بزرگ مثبت
PVB
پایگاه قوانین فازی مطابق جدول (5-4) می باشد:
جدول(5-4) پایگاه قوانین فازی
Low SOC
?Pm
P
Z
N
PVB
PB
PM
N
?Pg0
PB
PM
PS
Z
PM
PS
AZ
P
Medium SOC
?Pm
P
Z
N
PB
PM
PS
N
?Pg0
PM
PS
AZ
Z
PS
AZ
NS
P
High SOC
?Pm
P
Z
N
PM
PS
AZ
N
?Pg0
PS
AZ
NS
Z
AZ
NS
NM
P
به عنوان مثال اگر حالت شارژ باتریها کم باشد و ?Pg0 مثبت باشد و ?Pm صفر باشد، در این صورت مقدار خروجی PS (کم مثبت) می باشد.
همچنین اگر حالت شارژ باتریها متوسط باشد و ?Pg0 منفی باشد و ?Pm مثبت باشد، در این

مطلب مرتبط :   مقاله رایگان درموردرگرسیون، اثرات ثابت، داده های پانل، مدل رگرسیون

دیدگاهتان را بنویسید