منبع مقاله درباره نرم افزار، سلسله مراتب، کنترل هوشمند

مدلسازی دینامیکی باتری
معادله دینامیکی باتری مطابق [51] بصورت معادله دینامیکی (11-3) می باشد.
(11-3)
که در آن Qmax ، ماکزیمم ظرفیت باتری می باشد.
SOC ، حالت شارژ باتریها می باشد.
SOC0 ، حالت اولیّه شارژ باتریها می باشد.
Ibatt ، جریان باتریها می باشد.
4-3-3) مدل سازی دینامیکی خودرو
براساس قانون دوم نیوتن ، برآیند نیروهای وارد برخودرو را می توان به صورت (12-3) نوشت:
(12-3)
که در آن R ، شعاع چرخ و ?tire گشتاور تولید شده توسط نیروی کششی می باشد. و Fresistance مجموع نیروهای مقاوم که شامل نیروهای مقاوم غلطشی، نیروی آئرودینامیکی و نیروی شیب جاده که مربوط به وزن خودرو می باشد. بنابراین داریم:
Fresistance = Faero+Frr+Fgrade
(13-3)
براساس معادله فوق ، نیروهای آیرودینامیکی روی خودرو تابعی از توان دوم سرعت خودرو(V) ، چگالی هوا(?) ، سطح جلوئی خودرو(Av) و ضریب بازدارندگی (Cd) است . نیروی آئرودینامیکی بصورت معادله (14-3) می باشد:
(14-3)
نیروی مقاومت چرخشی تابعی است از وزن خودرو(Mv) ، ضریب مقاومت چرخشی(Kr) و سرعت خودرو، که بصورت معادله (15-3) می باشد:
(15-3)
نیروی شیب جاده تابعی از وزن خودرو و زاویه شیب سطح است.
(16-3)
?h زاویه شیب سطح جاده است .
5-3-3) محاسبه گشتاور درخواستی
برای بدست آوردن توان در خواستی، از یک کنترل کننده PI استفاده می شود. این کنترل کننده بر اساس تفاضل سرعت در خواست شده و سرعت فعلی خودرو ، سیگنالهای شتاب دهنده و ترمز گیری را محاسبه می کند. سیگنال شتاب دهنده بین صفر و یک و سیگنال ترمز گیری بین صفر و منفی یک می باشد. در مدل شبیه سازی شده ، فرض بر این است که فقط برروی چرخهای جلو سیستم ترمز اعمال شده است. بنابراین ماکزیمم گشتاور ترمز گیری نصف وزن خودرو می باشد. ماکزیمم گشتاور شتابگیری، مجموع گشتاور ماکزیمم موتور احتراقی و موتور الکتریکی می باشد.
4-3)سیستم محرکه رانشی خودرو هایبرید سری و معادلات حاکم بر مدهای عملکردی
ساختار خودرو هایبرید سری مورد نظر مطابق شکل(7-3) می باشد. در خودرو هایبرید سری تنها موتور الکتریکی در رانش خودرو نقش دارد. ژنراتور استفاده شده یک ژنراتور DC بوده ومعادلات حاکم برآن شبیه معادلات موتور DC می باشد.
شکل(7-3) ساختار الکتریکی و مکانیکی خودرو هایبرید سری
با توجه به ساختار موجود در شکل(7-3) برای خودرو هایبرید سری و وجود مدهای کنترلی مختلف برای خودرو هایبرید ، معادلات دینامیکی حاکم بر سیستم در هر مد متفاوت می باشد. اینک به بررسی مدهای متفاوت در خودرو هایبرید سری می پردازیم:
1-4-3) مد الکتریکی
در این مد، خودرو هایبرید سری یک خودرو برقی خالص می باشد و توان لازم برای به حرکت در آوردن موتور الکتریکی از طریق باتریها تامین می گردد. معادلات دینامیکی حاکم برسیستم بصورت(17-3) می باشد.
(17-3)
که :
?m ، گشتاور موتور الکتریکی
?r ، سرعت زاویه ای موتور الکتریکی
Jr ، ممان اینرسی رتور موتور الکتریکی
Fresistance ، نیروهای مقاوم وارده به خودرو
R ، شعاع چرخ
2-4-3) مد هایبرید
در این مد، موتور احتراقی برای به حرکت در آوردن ژنراتور فعّال شده ولی در رانش خودرو نقشی ندارد.
در این حالت توان ژنراتور برای شارژ باتریها یا برای جبران توان درخواستی از سوی موتور الکتریکی، بکار می رود. در این حالت معادله حاکم بر سیستم به همان صورت معادله (17-3) می باشد.
5-3) روابط دینامیکی مربوط به حالتهای عملکردی در خودرو هایبرید برقی موازی
ساختار خودرو هایبرید مورد استفاده مطابق شکل(8-3) می باشد. در خودرو هایبرید موازی هم موتور الکتریکی و هم موتور احتراقی در رانش خودرو نقش دارند و این خود باعث پیچیدگی بیشتر در ساختار نیرو محرکه می شود و باعث افزایش مدهای عملکردی در خودرو می گردد.
شکل(8-3) ساختار مکانیکی و الکتریکی خودرو هایبرید موازی
1-5-3) مد موتور الکتریکی
در این حالت فقط موتور الکتریکی در رانش خودرو نقش دارد. بنابراین معادله دینامیکی حاکم بر سیستم بصورت (18-3) می باشد:
(18-3)
که :
?m ، گشتاور موتور الکتریکی
?r ، سرعت زاویه ای موتور الکتریکی
Jr ، ممان اینرسی رتور موتور الکتریکی
Fresistance ، نیروهای مقاوم وارده به خودرو
R ، شعاع چرخ
2-5-3) مد هایبرید
در این حالت موتور الکتریکی و موتور احتراقی با هم در رانش خودرو نقش دارند. معادلات دینامیکی حاکم بر سیستم بصورت (19-3) می باشد:
(19-3)
که :
?ice ، گشتاور موتور احتراقی
gear(t) ، نسبت دنده مربوط به جعبه دنده که وابسته به زمان می باشد.
البته در حالتیکه موتور الکتریکی نقش ژنراتور دارد علامت گشتاور الکتریکی منفی می باشد و خودرو در مد شارژ مجدد قرار دارد. به علّت اینکه در این ساختار از یک سیستم انتقال پیوسته(CVT) استفاده شده است، تعیین نسبت دنده با تقسیم سرعت درخواست شده به سرعت خودرو انجام می گیرد.
3-5-3) مد ترمزی
در حالت ترمزی معادله دینامیکی حاکم بر سیستم بصورت (20-3) می باشد:
(20-3)
که :
?brake، گشتاور ترمزی اعمال شده از سوی سیستم کنترل کننده سطح بالا به کنترل کننده محلی سیستم ترمز
با توجه به این پیچیدگی در ساختار نیرو محرکه رانشی خودرو هایبرید، نیاز به یک کنترل کننده سلسله مراتبی اجتناب ناپذیر است. با تعیین شرایط گذر بین مدهای عملکردی می توان به یک ساختار کنترل دینامیکی هایبرید در خودرو های هایبرید برقی دست یافت.
شکل (9-3) حالت کلی مدهای عملکردی در خودرو هایبرید برقی را نشان می دهد.
شکل(9-3) مدهای کنترلی در خودرو هایبرید برقی
(فصل چهارم)
طراحی و شبیه سازی استراتژی کنترل هوشمند سلسله مراتبی برای خودرو هایبرید برقی
مقدمه
با توجه به پیچیدگی سیستم نیرو محرکه رانشی خودرو هایبرید برقی تا کنون استراتژیهای مختلفی براساس منطق فازی برای مدیریت انرژی در آن طراحی شده است که در فصل دوم به جزئیات آن پرداخته شد. براساس خاصیّت تصمیم گیری منطق فازی و مقاوم بودن آن در برابر اغتشاشات نظیر شرایط جادّه و نا معیّنی های موجود در سیستم محرکه رانشی ، استفاده از آن برای طراحی یک استراتژی کنترل زمان واقعی به منظور بهینه سازی عملکرد سیستم براساس شرایط لحظه ای سیستم ضروری به نظر می رسد. استفاده از استراتژی کنترل فازی برای کنترل سیستم های غیر خطی متغیّر با زمان بسیار مناسب بوده و در مقابل تغییرات اجزاء زیر سیستم ها و اندازه گیریهای غیر دقیق بسیار مقاوم می باشد. در این فصل به طراحی یک استراتژی کنترل نظارتی با استفاده از جعبه ابزار Stateflow (ضمیمه2) و سپس طراحی استراتژی مدیریت انرژی براساس منطق فازی با استفاده از ANFIS1 در محیط Matlab برای خودرو هایبرید برقی موازی براساس مدلهای Advisor پرداخته می شود. سپس استراتژی کنترل نظارتی بر پایه منطق فازی برای خودرو هایبرید سری براساس مدلسازی دینامیکی زیر سیستم ها ارائه می گردد.
1-4) طراحی استراتژی کنترل نظارتی هوشمند براساس منطق فازی برای خودرو هایبرید موازی
براساس مرجع[5] اغلب مدلهای استفاده برای نرم افزار Advisor براساس مدلسازی استاتیکی و شبه استاتیکی می باشد. مدلهای استفاده شده در این نرم افزار بیشتر براساس نقشه ها وجدولهای بهینه می باشد. ساختار خودرو هایبرید موازی موجود در نرم افزار Advisor مطابق شکل(1-4) می باشد.
شکل(1-4) ساختار خودرو هایبرید موازی موجود در نرم افزار Advisor
برای طراحی استراتژی کنترل نظارتی بهینه، از یک ساختار سلسله مراتبی سه سطحی استفاده می شود. ساختار کنترلی مورد نظر بصورت شکل(2-4) می باشد.
شکل(2-4) کنترل نظارتی سلسله مراتبی خودرو هایبرید برقی
1-1-4) کنترل کننده نظارتی سطح بالا
کنترل کننده نطارتی برای تعیین مد های عملکردی خودرو هایبرید برقی می باشد. در حقیقت کنترل کننده نظارتی سطح بالامشخص می کند که چه موقع موتور احتراقی باید روشن و چه موقع موتور احتراقی خاموش گردد. برای این منظور کلیّه شرایط لازم برای روشن و خاموش شدن بررسی می گردد:
شرط1) با توجه به اینکه موتور احتراقی باید در ناحیه بازده ماکزیمم خود کار کند، از این رو در مواقعی که سرعت خودرو از یک حد مشخص شده کمتر باشد، موتور احتراقی باید خاموش گردد. این حد مشخص در نرم افزار Advisor متغیّری بصورت cs_electric_launch_spd می باشد. در حقیقت اگر سرعت خودرو زیر این سرعت باشد، خودرو هایبرید بصورت خودرو برقی کار کرده و دارای آلودگی صفر می باشد.
شرط2) اگر حالت شارژ باتری بالاتر از حد مینیمم باشد و سرعت خودرو از حد مینیمم تعریف شده در شرط(1) کمتر باشد باز هم موتور احتراقی خاموش می گردد.
شرط3) اگر گشتاور درخواستی از گشتاور آستانه بیشتر باشد و سرعت خودرو نیز از حد مینیمم خود بالاتر باشد در این صورت موتور احتراقی روشن می شود.
(1-4) Tth = cs_off_trq_frac×Teng_max
که در آن Teng_max، گشتاور موتور احتراقی در ناحیه بازده ماکزیمم بوده و cs_off_trq_frac به عنوان یک عدد بین صفر و یک می باشد.
شرط4) اگر توان درخواستی از ماکزیمم توان باتری بیشتر باشد، در این صورت موتور احتراقی روشن می شود.
شرط5) اگر گشتاور درخواستی از گشتاور آستانه کمتر باشد و دمای موتور احتراقی از حد ماکزیمم آن کمتر باشد و حالت شارژ باتری از مقدار مینیمم آن بیشتر باشد، موتور احتراقی خاموش می گردد.
ماکزیمم دمای مجاز برای موتور احتراقی 6/81 درجه سانتیگراد می باشد.
شرط6) اگر دمای موتور احتراقی از حد ماکزیمم آن کمتر باشد و موتور احتراقی قبلاً روشن باشد، آنگاه موتور احتراقی روشن می شود. زیرا موتور احتراقی در دما های پایین دارای مصرف سوخت بیشتر و بازده کمتر می باشد. همچنین اگر موتور احتراقی سابقاً روشن بوده و کلاچ درگیر باشد در این صورت نیز موتور احتراقی روشن می شود.
برای طراحی استراتژی کنترل نظارتی ، تمامی شرایط فوق در جعبه ابزار Stateflow پیاده سازی شده و بصورت شکل(3-4) می باشد.
شکل(3-4) ساختار کنترل نظارتی که درجعبه ابزار stateflow پیاده سازی شده است.
ساختار استراتژی کنترل کننده نظارتی سطح بالا که با استفاده از جعبه ابزار Stateflow در محیط Simulink پیاده سازی شده است، مطابق شکل(4-4) می باشد.
شکل(4-4) استراتژی کنترلی سطح بالا و پیاده سازی آن در محیط Simulink
2-1-4) بهینه سازی مدیریت انرژی براساس منطق فازی:
در سطح دوم استراتژی از ساختار سلسله مراتبی ، استراتژی مدیریت انرژی قرار دارد. برای اینکه

مطلب مرتبط :   پایان نامه رایگان با موضوعصدام حسین، سازماندهی، مجازات اعدام، اروپای غربی

دیدگاهتان را بنویسید