Εφαρμογή Προβλεπτικών Τεχνικών Ελέγχου Στα Συστήματα Οδήγησης Κινητήρων Μονίμων Μαγνητών Ηλεκτρικών Οχημάτων - Συγκριτική Μελέτη Των Επιδόσεών Τους Σε Σχέση Με Άλλα Απλά Σχήματα Ελέγχου

Abstract

Η παρούσα διπλωματική εργασία επιχειρεί αφενός τη μελέτη των τεχνικών τουπροβλεπτικού ελέγχου και των δυνατοτήτων εφαρμογής τους στα συστήματα οδήγησηςηλεκτρικών οχημάτων και αφετέρου την σύγκρισή τους με ορισμένα πιο απλά σχήματαελέγχου που εξετάστηκαν σε προηγούμενες σχετικές εργασίες. Το σύστημα κίνησης πουμελετάται, σχεδιάστηκε για τις ανάγκες μικρού ηλεκτρικού λεωφορείου μεταφοράςπροσωπικού (mini-van). Ο κινητήρας που επιλέχθηκε για την πρόωσή του είναι έναςσύγχρονος κινητήρας μονίμων μαγνητών, ενώ ο μετατροπέας που τον οδηγεί, είναι έναςτριφασικός αντιστροφέας πηγής τάσης δύο επιπέδων.Ως ένα πρώτο βήμα, παρουσιάζεται η γενική δομή των συστημάτων ηλεκτρικής κίνησηςκαι καθορίζονται οι στόχοι που πρέπει να πληροί το σύστημα του ελέγχου. Στη συνέχεια,αφού αιτιολoγηθεί η επιλογή του τύπου του κινητήρα, περιγράφονται οι επιμέρουςσυνιστώσες του κυκλώματος ισχύος και αναπτύσσονται οι μαθηματικές εξισώσεις τηςλειτουργίας τους. Επιπλέον, παρουσιάζονται οι κυριότεροι ελεγκτές των μετατροπέων ισχύος,όπως οι PI και οι ελεγκτές υστέρησης , καθώς και οι πιο καθιερωμένες στρατηγικές ελέγχουτης ταχύτητας κινητήρων μονίμων μαγνητών, όπως ο έλεγχος προσανατολισμένος στο πεδίοτου στάτη (field oriented control - FOC) και ο απ’ ευθείας έλεγχος της ροπής (direct torquecontrol - DTC). Ακολούθως, αφού αναλυθούν οι βασικές ιδέες από τις οποίες η εφαρμογήτου προβλεπτικού ελέγχου στα ηλεκτρονικά ισχύος απορρέει, σχεδιάζονται τρεις αλγόριθμοιγια τον έλεγχο της ταχύτητας του κινητήρα: ο διακριτός προβλεπτικός έλεγχος ρεύματος(Discrete control Set Model Predictive Current Control, DS-MPCC), ο απ’ ευθείας διακριτόςπροβλεπτικός έλεγχος της ταχύτητας (Discrete control Set Model Predictive Speed Control,DS-MPSC) και ο deadbeat έλεγχος του ρεύματος με την χρήση της τεχνικής διαμόρφωσηςSVM (deadbeat current control with SVM).Οι τρεις αλγόριθμοι προβλεπτικού ελέγχου που σχεδιάσθηκαν, εφαρμόστηκαν για τονέλεγχο του δυναμικού μοντέλου του κινητήριου συστήματος σε διάφορες δοκιμές πουπροσομοιώνουν τις πραγματικές συνθήκες λειτουργίας του οχήματος. Η εργασίαολοκληρώνεται με την παράθεση των αποτελεσμάτων και την σύγκρισή τους με αυτάδιαφόρων άλλων τεχνικών που έχουν σχεδιαστεί για τον έλεγχο του ίδιου συστήματος. Τέλος,αξίζει να σημειωθεί ότι αν και δεν πραγματοποιείται η πειραματική επιβεβαίωση τωναποτελεσμάτων, έχει δοθεί ιδιαίτερη έμφαση στις διαφοροποιήσεις που ενδέχεται ναπροκύψουν κατά τη μεταφορά των αλγορίθμων σε ένα πραγματικό σύστημα.