1-2-1) تعريف مسئله21
3-1) استراتژي کنترل مبتني بر کنترل بهينه37
1-3-1) فرمول بندي مسئله41
2-3-1)بهينه سازي براساس برنامه ريزي پويا46
3-3-1) نتايج شبيه سازي48
4-3-1)شناسايي الگوي رانشي55
4-1) استراتژي کنترل مبتني بر مدلسازي ديناميکي62
(فصل دوّم )72
استراتژي هاي کنترل هوشمند72
مقدمه73
(فصل سوّم)90
ساختار کنترل سلسله مراتبي در خودرو هاي هايبريد برقي و مدلسازي آن90
مقدمه91
1-3) سيستم هاي ديناميکي هايبريد91
مثال(1-3)94
مثال(2-3)95
2-3) ساختار سلسله مراتبي خودرو هايبريد برقي96
3-3) مدلسازي ديناميکي سيستم محرکه رانشي خودرو هايبريد برقي102
1-3-3)مدل ديناميکي موتور الکتريکي102
2-3-3)مدل ديناميکي موتور احتراقي104
3-3-3) مدلسازي ديناميکي باتري105
4-3-3) مدل سازي ديناميکي خودرو105
5-3-3) محاسبه گشتاور درخواستي106
4-3)سيستم محرکه رانشي خودرو هايبريد سري و معادلات حاکم بر مدهاي عملکردي107
1-4-3) مد الکتريکي107
2-4-3) مد هايبريد108
5-3) روابط ديناميکي مربوط به حالتهاي عملکردي در خودرو هايبريد برقي موازي108
1-5-3) مد موتور الکتريکي109
2-5-3) مد هايبريد110
3-5-3) مد ترمزي110
شکل(9-3) مدهاي کنترلي در خودرو هايبريد برقي111
(فصل چهارم)112
طراحي و شبيه سازي استراتژي کنترل هوشمند سلسله مراتبي براي خودرو هايبريد برقي112
مقدمه113
1-4) طراحي استراتژي کنترل نظارتي هوشمند براساس منطق فازي براي خودرو هايبريد موازي113
2-4) طراحي استراتژي کنترل سلسله مراتبي براي خودرو هايبريد سري براساس مدلسازي ديناميکي زير سيستمها122
3-4) نتايج شبيه سازي128
(فصل پنجم)130
دست يابي به استراتژي کنترل سلسله مراتبي زمان واقعي براي خودرو هايبريد برقي130
نتايج و شبيه سازي130
مقدمه131
1-5)پياده سازي استراتژي کنترل سلسله مراتبي براي خودرو هايبريد موازي134
2-5)شرايط گذر بين مدهاي کنترلي136
3-5) نتايج شبيه سازي143
نتيجه گيري149
نظرات و پيشنهادات151
مراجع152
ضمائم158

فهرست شکلها و جدولها صفحه
شکل (1-1) ساختارسيستم کنترل خودرو هايبريد برقي را نشان مي دهد.9
شکل(2-1) استراتژي تقسيم توان براساس نقشه هاي بازده موتور احتراقي14
جدول(1-1) نتايج شبيه سازي استراتژي کنترل16
شکل(3-1) عملکرد موتور احتراقي برحسب متغيرهاي مختلف17
شکل(4-1) موقعيت کاري مطلوب براي يک موتور احتراقي20
شکل(5-1) فرآيند استراتژي کنترل تطبيقي23
شکل(6-1) منحني بازده انرژي موتور احتراقي25
شکل(7-1) منحني مصرف سوخت برحسب موتور الکتريکي27
شکل(8-1) نمودار تغييرات شارژ باتري برحسب گشتاور موتور الکتريکي28
شکل(9-1)منحني مصرف سوخت برحسب تغييرات حالت شارژ باتري29
شکل(10-1) تاثير فاکتور تنظيم روي حالت شارژ باتري31
شکل(11-1) مجموع انرژي محاسبه شده براي يک در خواست گشتاور و سرعت32
شکل(12-1) منحني آلودگي مربوط به NOx که تابعي از سرعت و گشتاور موتور احتراقي مي باشد.32
شکل(13-1) منحني مربوط به مقدار دهي آلودگي33
شکل(14-1) نرماليزه کردن مصرف انرژي سوخت و آلودگي هوا33
شکل(15-1) تابع فشرده کلي و تابع انرژي نرماليزه شده35
شکل(16-1) نتايج حاصل از بهينه سازي Baseline36
شکل(17-1) نتايج حاصل از بهينه سازي تطبيقي36
شکل(18-1) مقايسه نتايج حاصل از دو بهينه سازي زمان واقعي و Baseline37
شکل(19-1) تاثير?(0) بر ?SOC40
شکل(20-1) منحني بازده موتور الکتريکي43
شکل (21-1) مدل استاتيکي باتري45
شکل(22-1) منحني بازده باتري در حالت شارژ ودشارژ45
شکل(23-1) نتايج شبيه سازي با در نظر گرفتن مصرف سوخت48
جدول(2-1) نتايج شبيه سازي مربوط به مصرف سوخت و آلودگي49
شکل(24-1)نتايج آلودگي و مصرف سوخت پس از حل مسئله بهينه سازي50
شکل(25-1) نتايج بهينه سازي با در نظر گرفتن آلودگي و مصرف سوخت51
نمودار (26-1) مراحل بهينه سازي ديناميکي را نشان مي دهد.52
شکل(27-1) منحني نسبت تقسيم توان بهينه برحسب توان درخواستي روي سرعت سيستم انتقال54
جدول(3-1) مقايسه نتايج حاصل از شبيه سازي براي استراتژي هاي کنترلي مختلف55
شکل(28-1) ساختار کلي استراتژي کنترل براساس شناسايي الگوي رانشي56
استفاده مي شود.57
شکل(29-1) فلوچارت و متغيرهايي که براي تعريف مجازي الگوهاي رانشي منتخب بکار مي رود.57
جدول(4-1) شش الگوي منتخب که براساس فرآيند شناسايي الگوي رانشي بدست آمده است58
شکل (30-1) الگوي رانشي با ميانگين توان پايين و تغييراستاندارد بالا59
شکل (31-1) الگوي رانشي با ميانگين توان بالا و تغييراستاندارد پايين59
شکل(32-1) ساختار کلي استراتژي کنترل چند حالته60
جدول(5-1) نتايج شبيه سازي حاصل از قانون کنترل زير بهينه براي هر الگوي حرکتي منتخب60
جدول(6-1) مقايسه نتايج حاصل از کنترل تک حالته و چند حالته وکنترل بهينه61
شکل(33-1) ساختار خودرو هايبريد با کنترل کننده ديناميکي63
شکل(34-1) نتايج حاصل از شبيه سازي استراتژي کنترل ديناميکي64
شکل(35-1) نتايج حاصل از شبيه سازي براساس استراتژي کنترل لياپانوف66
شکل(36-1) ساختار کنترل عصبي تطبيقي67
شکل(37-1) ساختار کنترل کننده مورد نظر براي خودرو هايبريد برقي69

شکل(1-2) ساختار کنترل کننده فازي75
شکل(2-2) توابع عضويت ورودي و خروجي77
شکل(3-2) منحني تغييرات مقدار K77
شکل(4-2) سطح فازي استراتژي کنترل78
شکل(5-2)نتايج شبيه سازي براي سيکلهاي رانشي مختلف78
شکل(6-2) ساختار کنترل کننده فازي79
شکل(7-2) نتايج حاصل از شبيه سازي استراتژي کنترل81
شکل(8-2) تغييرات ولتاژ باتري81
شکل(9-2) ساختار کنترلر فازي بهينه82
شکل(10-2) ساختار استراتژي کنترل فازي84
جدول(1-2) محدوده تغييرات هر يک از ژنها87
جدول (2-2) مقايسه جوابهاي بهينه با دوروش گراديان و الگوريتم ژنتيک88
جدول(3-2) مقايسه نتايج آلودگي هاي محيط زيستي دو روش الگوريتم ژنتيک و گراديان88
شکل (11-2) منحني هاي لحظه اي آلودگي CO89
شکل(1-3) ساختار يک سيستم پيوسته92
شکل(2-3) ساختار سلسله مراتبي يک سيستم هايبريد93
شکل(3-3) ساختار کلّي يک استراتژي سوئيچينگ94
شکل(4-3) ساختار ماشين حالت محدود براي سيستم انتقال اتوماتيک95
شکل(5-3) ساختار کنترل ترموستاتي براي کنترل دما96
جدول (1-3) بعضي از حالتهاي عملکردي در خودرو هايبريد برقي را نشان مي دهد.100
شکل(6-3) ساختار کنترل سلسله مراتبي در خودرو هايبريد برقي101
شکل(7-3) ساختار الکتريکي و مکانيکي خودرو هايبريد سري107
شکل(8-3) ساختار مکانيکي و الکتريکي خودرو هايبريد موازي109
شکل(9-3) مدهاي کنترلي در خودرو هايبريد برقي111
شکل(1-4) ساختار خودرو هايبريد موازي موجود در نرم افزار Advisor114
شکل(2-4) کنترل نظارتي سلسله مراتبي خودرو هايبريد برقي114
شکل(3-4) ساختار کنترل نظارتي که درجعبه ابزار stateflow پياده سازي شده است.116
شکل(4-4) استراتژي کنترلي سطح بالا و پياده سازي آن در محيط Simulink117
شکل(5-4) ساختار کلّي استراتژي کنترل فازي118
شکل(6-4) توابع عضويت ورودي مربوط به کنترل کننده فازي را نشان مي دهد.119
شکل(7-4) مدلسازي خودرو هايبريد موازي و ساختار کنترل کننده نظارتي120
جدول(1-4) نتايج حاصل از آلودگي و مصرف سوخت با استراتژي کنترل فازي120
شکل(8-4) نتايج حاصل از شبيه سازي استراتژي کنترل فازي121
جدول(2-4) نتايج آلودگي و شبيه سازي با استراتژي کنترل فازي موجود در Advisor122
جدول(3-4) نتايج آلودگي و شبيه سازي با استراتژي Baseline موجود در Advisor122
شکل(9-4) ساختار استراتژي کنترل نظارتي براي خودرو هايبريد سري123
شکل(10-4) ساختار کلّي استراتژي کنترل فازي براي کاهش تغييرات نقطه کار موتور احتراقي125
شکل(11-4) توابع عضويت ورودي براي کنترل کننده فازي126
جدول(4-4) مقادير قطعي مربوط به ?Pg127
جدول(5-4) پايگاه قوانين فازي127
شکل(12-4) نتايج شبيه سازي استراتژي کنترل فازي بر اساس مدلسازي ديناميکي زير سيستم هاError! Bookmark not defined.
شکل(1-5) نقاط کار بهينه و منحني بازده موتور احتراقي133
شکل(2-5) نقاط کار بهينه و منحني بازده موتور الکتريکي133
شکل(3-5) نقاط کار بهينه و منحني بازده باتري134
شکل(4-5) زير حالت مربوط به مد هايبريد(1)137
شکل(5-5) زير حالت مربوط به مد هايبريد(2)138
شکل(6-5) زير حالت مربوط به مد هايبريد(2)139
شکل(7-5) زير حالت مربوط به مد هايبريد140
شکل(8-5) حالت مربوط به مد شارژ مجدد باتريها141
شکل(9-5) مدهاي کنترلي در مد رانشي141
شکل(10-5) مدهاي کنترلي در مد ترمزي142
شکل(11-5) ساختار کنترل سلسله مراتبي خودرو هايبريد برقي به همراه مدل سازي ديناميکي خودرو هايبريد143
شکل(12-5) سيکل رانشي CYC_CHSVR144
شکل(13-5) گشتاور موتور الکتريکي (Tem) و گشتاور موتور احتراقي (Tice)144
شکل(14-5) منحني تغييرات نقطه کار موتور احتراقي145
شکل(15-5) حالت شارژ باتري ها را نشان مي دهد146
شکل(16-5) سرعت خودرو پس از دنبال کردن مسير حرکت146
شکل(17-5) شبيه سازي استراتژي کنترل Baseline147
شکل(18-5) سيکل رانشي CYC_ECE147
شکل(19-5)نتايج شبيه سازي روي سيکل CYC_ECE148
شکل(20-5) سرعت خودرو را نشان مي دهد.148
شکل(1-ض1) ساختار اصلي سيستم هاي فازي خالص161
شکل(2-ض1) ساختار اصلي سيستم فازي TSK161
شکل(3-ض1) ساختار اصلي يک سيستم فازي با فازي ساز و غير فازي ساز162
شکل(4-ض1) تابع عضويت ? را برحسب e(t) نشان مي دهد.163
شکل(5-ض1) نمايش گرافيکي غير فازي ساز مرکز ثقل165
شکل(6-ض1) نمايش گرافيکي غير فازي ساز ميانگين مراکز165
شکل(7-ض1) ساختار سيستم فازي توليد شده توسط ANFIS168
شکل(8-ض1) مراحل طراحي سيستم فازي با ANFIS169

در این سایت فقط تکه هایی از این مطلب با شماره بندی انتهای صفحه درج می شود که ممکن است هنگام انتقال از فایل ورد به داخل سایت کلمات به هم بریزد یا شکل ها درج نشود

شما می توانید تکه های دیگری از این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید

ولی برای دانلود فایل اصلی با فرمت ورد حاوی تمامی قسمت ها با منابع کامل

اینجا کلیک کنید

شکل (1-ض2) ساختار يک ماشين حالت محدود در محيط stateflow172
جدول (1-ض3) مشخصات موتور القايي175
جدول (2-ض3) مشخصات موتور DC176
شکل(3-ض3) منحني بازده موتور DC176
شکل(4-ض3) منحني بازده موتور احتراقي177
جدول (3-ض3)مشخصات خودرو178
جدول (4-ض3)مشخصات خودرو178
آلودگي شهرهاي بزرگ سالهاست که به يک مسئله حاد تبديل شده است. تحقيقات کارشناسي نشان مي دهد که علّت اصلي آلودگي شهرها، خودروهايي با موتور احتراق داخلي مي باشند. خودروهاي احتراقي معايب فراواني دارند که از آن جمله مي توان به مواردي چون وابستگي به يک نوع انرژي خاص (نفت)، توليدگازهاي گلخانه اي مانند ،توليد گازهاي سمي مانند،و، توليد آلودگي صوتي، راندمان پائين سيستم و در نتيجه اتلاف انرژي اشاره نمود. با توجه به موارد فوق خودروهاي برقي از دهه 1890مطرح شده و تا دهه 1930 پر طرفدار بوده اند. با پيشرفت خودروهاي احتراقي، خودروهاي برقي کم کم به فراموشي سپرده شدند تا اينکه در سال 1960 به بعد مجدداً با توجه به مشکلات خودروهاي احتراقي، محققين به فکر چاره افتادند و تحقيقات مختلفي را در مورد خودروهاي برقي آغاز نموده اند. خودروهاي هايبريد برقي نوع تعميم يافته خودروهاي برقي خالص مي باشند که معايب خودروهاي برقي خالص تا حدودي در آنها برطرف گرديده است. در حقيقت اين خودروها حد واسطي بين خودروهاي متداول با موتور احتراقي و خودروهاي برقي خالص مي باشند.استفاده از موتور الکتريکي با راندمان بالا، امکان بازيابي انرژي و قابليت جابجائي نقطه کار موتور احتراقي به نواحي با راندمان بهينه،کاهش آلودگي و افزايش راندمان کلي اين خودروها را فراهم ساخته است.
انواع خودروهاي هايبريد
به طور کلي يک خودروي هايبريد از يک سيستم ذخيره ساز انرژي، يک واحد توليد قدرت و يک سيستم انتقال تشکيل شده است. موتورهاي احتراق داخلي جرقه زن، موتورهاي تزريق مستقيم احتراقي، توربينهاي گازي و پيل هاي سوختي مي توانند به عنوان واحد توليد قدرت ايفاي نقش کنند که با ترکيب مختلف آنها و استفاده از يک موتور الکتريکي مي توان نيروي محرکه رانشي خودرو را فراهم نمود.
براي واحد ذخيره انرژي مي توان فلاي ويل، خازن ها، باتريها را مد نظر داشت. اما در ميان اين انتخاب ها باتريها بيشترين کاربرد را دارند. سيستم انتقال متشکل از ادوات مکانيکي جعبه دنده، چرخ دنده ها، ديفرانسيل، کلاچ و… مي باشد.
با توجه به ساختار کنترلي و روش اتصال اجزاء به يکديگر خودروهاي هايبريد به سه دسته زير تقسيم مي شوند:
1-خودروهاي هايبريد سري
2- خودروهاي هايبريد موازي
3-خودروهاي هايبريد ترکيبي(سري-موازي)
در خودروهاي سري موتور الکتريکي محرک اصلي رانشي است. در واقع مجموعه باتريها،موتور الکتريکي با توان نسبتاً بالا را تغذيه مي کنند. در شرايطي که حالت شارژ باتري از کمترين مقدار مجاز کاهش پيدا کند در اين موقع موتور احتراقي شروع بکار کرده و با چرخاندن ژنراتور باعث شارژ شدن باتري ها مي شود.طبيعي است که اين عمل باعث افزايش محدوده رانشي خودرو مي گردد.
در نوع موازي، خودرو علاوه بر محرکه رانشي الکتريکي (موتور الکتريکي) از موتور احتراقي نيز سود مي برد. در اين نوع، موتور الکتريکي در حالتي که خودرو در مد احتراقي تنها کار مي کند در نقش يک ژنراتور باعث شارژ شدن باتريها خواهد شد. بسته به نوع استراتژي کنترلي ممکن است در ابتداي امر،موتور الکتريکي شروع بکار نموده ( در سرعتهاي پائين ) و بعد از آن موتور احتراقي وارد سيستم خواهد شد.( در سرعتهاي بالا) .
خودروي هايبريد ترکيبي در واقع ترکيبي از دو سيستم سري-موازي است. مولفه هاي سيستم رانشي در خودروهاي هايبريد ترکيبي عبارتند از:
1-دو منبع توليد توان،يک موتور احتراقي يا پيل سوختي و… بهمراه يک موتور ترکشن جهت ايجاد نيروي محرکه و بازيابي انرژي.
2-سيستم انتقال متغير پيوسته،CVT1
3- يک کلاچ الکترو مغناطيسي براي سيستم انتقال توان
4-يک موتور الکتريکي کوچک براي توليد انرژي الکتريکي(شارژ)و استارت موتور احتراقي
5- باتريها
نحوه ارتباط اجزاء اين سيستم در حالتهاي مختلف حرکتي ،توسط واحد هاي کنترل کننده صورت مي پذيرد. دو نکته اي که مي بايست در مورد خودروهاي برقي هايبريد مورد توجه قرار گيرد يکي مسئله بازيابي انرژي در روند کاهش سرعت و ترمز توسط موتور الکتريکي مي باشد که مي تواند به نوعي باعث بهبود در مصرف انرژي شود . نکته دوم عدم آلايندگي بخاطر عدم مصرف سوخت در شرايط توقف مي باشد.در اين حالت ، که ناشي از مسئله ترافيک شهري مي باشد خودرو در مد الکتريکي کار مي کند و در نتيجه باعث کاهش آلودگي خواهد شد.
استراتژي هاي کنترلي در خودروهاي هايبريد برقي
تا کنون استراتژيهاي کنترلي مختلفي براي مديريت بهينه انرژي در خودرو هاي هايبريد برقي ارائه شده است. استراتژيهاي کنترلي يا مديريت انرژي براي خودرو هاي هايبريد برقي اساساً براي برآورده کردن چندين هدف همزمان بکار مي روند. نخستين هدف معمولاً مينيمم کردن مصرف سوخت مي باشد و همچنين تلاش براي کاهش آلودگي و برآورده کردن قابليت رانشي خودرو از اهداف اصلي مي باشد. بدون توجه به ساختار خودرو هايبريد برقي، هدف اصلي استراتژي کنترل، مديريت لحظه اي انتقال توان بين منابع انرژي و دست يابي به اهداف کنترلي اصلي مي باشد. يکي از مشخصه هاي مهم استراتژي کنترل ، اين است که اهداف کنترلي اکثراً بصورت انتگرالي هستند (مصرف سوخت و آلودگي در هر مايل مسير) يا بصورت شبه محلّي در زمان هستند (قابليت رانشي در هر بازه زماني). در حاليکه عملکرد هاي کنترلي بصورت محلّي در زمان هستند. علاوه بر اين اهداف کنترلي اغلب تحت قيد هاي انتگرالي ، نظير نگداشتن حالت شارژ باتريها در محدوده مطلوب ، هستند. طبيعت کلّي همه اهداف و قيدها نمي تواند منجر به تکنيکهاي بهينه سازي کلّي گردد ، زيرا که آينده در يک شرايط حرکت واقعي نامشخص مي باشد. براي اين منظور بعضي از روشها وجود دارد که براساس نتايج حاصل از بهينه سازي کلّي روي يک سيکل از پيش تعيين شده ، استراتژي کنترل را بنا مي نهند. ولي اين روشها بطور مستقيم منجر به پياده سازي عملي نمي شوند، زيرا مسئله اصلي با معيار بهينه سازي کلّي اين است که کلّ برنامه رانشي بايد از پيش تعيين شده باشد و در اين حالت استراتژي کنترل زمان واقعي به آساني پياده سازي نمي شود. براي اين منظور در اين پايان نامه، با توجه به پيچيدگي سيستم محرکه رانشي خودرو هايبريد برقي به بررسي يک استراتژي کنترل سلسله مراتبي براي خودرو هايبريد برقي پرداخته شده است. براي اين منظور ابتدا مدلسازي ديناميکي زير سيستم ها انجام گرفته ، سپس براي هر يک از زير سيستم ها کنترل کننده محلّي مربوط به خودش طراحي مي شود. پس از آن براي دستيابي به اهداف عملکردي، استراتژي سوئيچينگ بين زير سيستمها براي رسيدن به استراتژي کنترل زمان واقعي طراحي مي گردد.
محتواي فصلهاي بعدي
هدف اصلي اين پايان نامه دست يابي به يک استراتژي کنترل زمان واقعي براي خودرو هايبريد برقي مي باشد. براي اين منظور ابتدا در فصل اوّل به شناسايي استراتژيهاي کنترلي موجود پرداخته شده است. در فصل دوّم ، به علت اينکه در انجام اين پايان نامه از روشهاي هوشمند نيز استفاده شده است، استراتژي هاي کنترل هوشمند بررسي گرديده است. در فصل سوم ساختار کنترل سلسله مراتبي خودرو هايبريد برقي به عنوان يک سيستم هايبريد با تاکيد بر مدلسازي ديناميکي زير سيستمها، مورد بررسي قرار گرفته است. در فصل چهارم به طراحي استراتژي کنترل هوشمند سلسله مراتبي براي خودرو هايبريد برقي پرداخته شده است و در فصل پنجم استراتژي کنترل سلسله مراتبي زمان واقعي براي خودرو هايبريد برقي و شبيه سازي آن توضيح داده شده است.
(فصل اوّل)
استراتژيهاي کنترلي در خودرو هاي
هايبريد برقي
مقدمه
با توجه به پيچيدگي خودرو هايبريد برقي تاکنون روش ها و الگوريتم هاي کنترلي متفاوتي براي کنترل آن بکار رفته است. در يک دسته بندي کلّي مي توان استراتژيهاي کنترلي در خودروهاي هايبريد برقي را به پنج دسته تقسيم کرد:
1) استراتژي کنترلي تجربي
اين روش بر پايه نتايج بدست آمده از اطلاعات تجربي و آزمايشگاهي مي باشد وبراساس مدلهاي استاتيکي سيستم مي باشد. در اين روش مدهاي عملکردي سيستم خودرو هايبريد قابل شناسايي بوده و مي توان به آساني اين روش را در عمل پياده سازي کرد.
2) استراتژي کنترلي مبتني بر بهينه سازي استاتيکي
در اين روش از فرض هاي استاتيکي و شبه استاتيکي براي مدلسازي استفاده شده و با استفاده از نقشه هاي بازده موتور احتراقي و ساير زير سيستمهاي نيرومحرکه رانشي خودرو ، استراتژي کنترل بنا مي شود.
3) استراتژي کنترلي مبتني بر کنترل بهينه
اين روش مبتني بر طبيعت ديناميکي و شبه استاتيکي زير سيستم ها بوده و بر پايه روش هاي برنامه ريزي ديناميکي و تئوري کنترل بهينه استوار مي باشد.
4) استراتژي کنترل مبتني بر کنترل ديناميکي
اين روشها بر پايه معادلات حالت سيستم ديناميکي خودرو هايبريد برقي بنا نهاده شده است و از روشهايي چون تئوري لياپانوف ، کنترل تطبيقي و … براي تحليل پايداري سيستم استفاده مي شود.
5 ) استراتژي کنترل مبتني بر روشهاي هوشمند
در اين روش از روشهاي هوشمند مانند الگوريتم ژنتيک، کنترل فازي ، شبکه عصبي و… استفاده مي شود. استراتژيهاي هوشمند در فصل دوّم بصورت کلّي آمده است.
1-1) استراتژي هاي کنترلي بر پايه قوانين تجربي
بسياري از استراتژيهاي کنترلي عملکردي برپايه مشاهدات و قوانين تجربي مي باشد. در اين راستا استراتژي هاي کنترلي ساده اي در مراکز تحقيقاتي دنيا برروي خودروهاي هايبريد برقي اعمال شده است. به عنوان نمونه در مرجع[1]، در شرايطي که حالت شارژ2 باتري ها در حد بالايي است خودرو به صورت الکتريکي خالص عمل مي کند و در بزرگراهها و يا در شرايط کاهش SOC از موتور احتراقي براي جبرانسازي SOC باتريها استفاده مي شود. نتايج تجربي نشان مي دهد که در اين شرايط خودرو قادر به طي مسافت رانشي معادل 400 کيلومتر در سيکل شهري است. در مرجع[2] استراتژي مديريت انرژي براساس استراتژي ثابت نگهداشتن حالت شارژ باتريها ارائه شده است. در اين حالت ابتدا مدهاي عملکردي خودرو براساس قوانين تجربي شناسايي شده ، سپس کنترلر خودرو فرامين کنترلي را براساس فيدبک پارامترهايي نظير ،حالت شارژ باتريها، سرعت موتور احتراقي و سرعت خودرو به کنترل کننده موتور احتراقي،کنترل کننده موتور الکتريکي ،کنترل کننده باتري و کنترل کننده ترمزها صادر مي کند. در اين حالت مد هاي عملکردي خودرو براساس قوانين انتخاب مي شود. شکل (1-1) ساختار سيستم کنترل خودرو هايبريد برقي که براساس آن استراتژي کنترل بنا نهاده شده است، نشان مي دهد. همانطور که مشاهده مي شود، کنترل کننده اصلي خودرو بر اساس سيگنال شتاب گيري و ترمز گيري، به هر يک از کنترل کننده هاي زير سيستم ها، فرمانهاي کنترلي را اعمال مي کند . در اين حالت مد هاي عملکردي سيستم ابتدا تعيين شده و سپس بر اين اساس فرمانهاي کنترلي اعمال مي گردد. در اين قسمت به بررسي مدهاي عملکردي مي پردازيم :
.
شکل (1-1) ساختارسيستم کنترل خودرو هايبريد برقي را نشان مي دهد.
1-1-1) مد رانشي:
فرض کنيد La که بين صفر و يک مي باشد ، سيگنال موقعيت شتاب دهنده باشد که به کنترل کننده سيستم خودرو فرستاده مي شود. در حالتي که شتاب دهنده کاملاً آزاد باشد، La=0 و تقاضاي گشتاور صفر مي باشد. حالتي که شتاب دهنده کاملاٌ فشرده باشد، La=1 و نشان دهنده ماکزيمم تقاضاي گشتاور (Mamax) مي باشد. در اين حالت گشتاور مورد نياز در حالت شتابگيري بصورت رابطه (1-1) تعريف مي شود:
(1-1) Ma=La?Mamax
فرض کنيد که Le سيگنال فرمان توان موتور احتراقي باشد که توسط کنترلر سيستم خودرو اعمال مي شود و بين صفر و يک مي باشد.دريچه هوا موتور احتراقي اگر کاملاٌ بسته باشد ، Le=0 و هيچ تواني توليد نمي شود. اگر دريچه هوا کاملاً باز باشد، Le=1 و ماکزيمم توان توسط موتور احتراقي توليد مي شود(Memax) . بنابراين گشتاور موتور احتراقي در سرعت ? بصورت رابطه(2-1) مي باشد:
(2-1) Me=Le?Memax(?) اگر Lm سيگنال فرمان توان موتور الکتريکي که توسط کنترلر خودرو به کنترل کننده موتور الکتريکي اعمال مي شود. اگر Lm<0 عملکرد موتور به گونه اي است که نقش ژنراتوري دارد و به عنوان شارژ کننده باتري و يا در حالت بازيافت انرژي ترمزي عمل مي کند. وقتي که Lm>0 باشد، موتور الکتريکي نقش موتوري در رانش خودرو دارد. بنابراين گشتاور موتور الکتريکي در سرعت ? بصورت رابطه (3-1) مي باشد:
(3-1) Mm=Lm?Mmmax(?)
که در آن Mmmax ماکزيمم گشتاور موتور الکتريکي مي باشد.
در حالتي که حالت شارژ باتريها پايين تر از يک مقدار مينيمم SOCmin باشد، موتور احتراقي گشتاور اضافي را توليد کرده تا موتور الکتريکي حالت شارژ باتريها را بين مقدار مينيمم و ماکزيمم حفظ کند.
گشتاور اضافي براي شارژ باتريها (Mcharge) متناسب با تفاوت بين SOC و ميانگين SOCmin و SOCmax مي باشد. بنابراين داريم:
(4-1) Mcharge=Mc?[0.5?(SOCmax+SOCmin)-SOC
(5-1) Mc=0.25?min(Memax(?))
براساس فرضيات فوق مد هاي عملکردي در خودرو بصورت زير تعريف مي شود:
1-1-1-1) مد رانشي توسط موتور الکتريکي:
اگر سرعت خودرو از يک مقدار آستانه که متناسب با کمترين سرعت موتور احتراقي مي باشد، کمتر باشد در اين حالت موتور الکتريکي به تنهايي در رانش خودرو نقش دارد. بنابراين Le=0 بوده و فرمان گشتاور از کنترل کننده خودرو به کنترل کننده موتور الکتريکي بصورت رابطه (6-1) مي باشد:
(6-1)
2-1-1-1) مد رانشي توسط موتور احتراقي:
اگر گشتاور مورد نياز Ma?Memax و SOC?SOCmax باشد در اين حالت موتور احتراقي تنها در رانش خودرو نقش دارد. بنابراين Lm=0 بوده و فرمان گشتاور از کنترل کننده خودرو به کنترل کننده موتور احتراقي بصورت رابطه (7-1) مي باشد:
(7-1)
3-1-1-1) مدرانشي هايبريد:
اگر سرعت خودرو از سرعت آستانه بيشتر باشد و گشتاور درخواستي از ماکزيمم گشتاور موتور الکتريکي باشد، در اين حالت موتورالکتريکي بايد درگير شود و موتور احتراقي بايد با دريچه سوخت کاملاٌ باز کار کند (Le=1). در اين حالت فرمان گشتاور موتور الکتريکي بصورت رابطه (8-1) مي باشد:
(8-1)
4-1-1-1) مد شارژ باتريها:
در حالتي که گشتاور درخواستي Ma کمتر از ماکزيمم گشتاور موتور احتراقي در سرعت ? باشد، و حالت شارژ باتريها کمتر از مقدار مينيمم مجاز باشد، موتور احتراقي بايد گشتاور اضافي را براي شارژ باتريها توسط موتور الکتريکي (ژنراتور) فراهم نمايد. در اين حالت فرمانهاي گشتاور مربوط به موتور الکتريکي و موتور احتراقي بصورت رابطه (9-1) مي باشد:
(9-1)
Lm نمايانگر اين است که موتور الکتريکي در اين حالت به صورت ژنراتور عمل مي کند.
2-1-1) مد ترمزي:
فرض کنيد که Lb کسري از گشتاور ترمزي محدود شده با لغزش باشد که در واقع سيگنال مربوط به پدال ترمز مي باشد. وقتي که پدال ترمز بصورت کامل فشرده باشد، Lb=1 و هنگامي که کاملاٌ آزاد باشد Lb=0 خواهد بود. بنابراين گشتاور ترمزي ايجاد شده از طريق پدال ترمز بصورت رابطه (10-1) مي باشد:
(10-1) Mb=Lb*Mbmax
Mbmax ماکزيمم گشتاور ترمزي محدود شده با لغزش مي باشد.
در اين حالت گشتاور توليدي از طريق بازيافت Mbm بوده و بصورت معادله رابطه (11-1) بيان مي شود:
(11-1) Mbm=Lm*Mbmmax(?)
Mbmmax (?) ماکزيمم ظرفيت بازيافت انرژي ترمزي که تابعي از سرعت موتور مي باشد.
فرض کنيد Lf کسري از ماکزيمم گشتاور ترمز ناشي از اصطکاک مکانيکي باشد. در اين صورت گشتاور ترمزي مربوط به اصطکاک مکانيکي (Mbf) برحسب ماکزيمم گشتاور ترمزي مربوط به اصطکاک مکانيکي (Mbfmax) بصورت رابطه (12-1) بيان مي گردد:
(12-1) Mbf=Lf*Mbfmax
براين اساس در اين حالت نيز سه مد عملکردي براي خودرو هايبريد وجود دارد.
1-2-1-1) مد ترمزي اصطکاکي:
وقتي که حالت شارژ باتريها از مقدار ماکزيمم SOCmax بزرگتر باشد دراين حالت بازيافت انرژي ترمزي نياز نمي باشد. همه گشتاور مورد نياز ترمزي بايد از طريق سيستم ترمز اصطکاک تامين شود. بنابراين فرمان ترمز اصطکاکي از سيستم کنترل خودرو به کنترل کننده ترمزها اعمال مي شود.
2-2-1-1) مد بازيافت ترمزي:
موقعي که حالت شارژ باتري ها از مقدار SOCmin کمتر باشد و مقدار گشتاور ترمزي مورد نياز خودرو کمتر از ماکزيمم بازيافت انرژي ترمزي سيستم باشد (Mb=Lb*Mbmax<Mbmmax) در اين حالت همه گشتاور ترمزي مورد نياز بايد از طريق سيستم بازيافت انرژي ترمز فراهم شود. بنابراين فرمان بازيافت انرژي ترمز از کنترل کننده سيستم خودرو به کنترل کننده موتور الکتريکي اعمال مي گردد که مي توان به صورت معادله (13-1) نوشت:
(13-1)
3-2-1-1) مد ترمزي هايبريد:
وقتي که حالت شارژ باتريها کمتر از SOCmin باشد و گشتاور مورد نياز ترمزي بيشتر از قابليت بازيافت ترمزي باشد ، سيستم ترمز اصکاک مکانيکي بايد فعال شود. در اين حالت فرمان ترمز مکانيکي از سيستم کنترل خودرو به سيستم کنترل ترمز اعمال شده و به صورت رابطه (14-1) مي باشد:
(14-1)
بنابراين با توجه به مطالب فوق ابتدا بايستي مدهاي عملکردي در خودرو را شناسايي نمود و يک استراتژي مبتني برقانون3 براي آن بناکرد. در در مرجع [3] نيز به ارائه يک استراتژي کنترلي برپايه قانون هاي تجربي پرداخته شده است. در اين راستا براي خودرو هايبريد پنج مد عملکردي (مد الکتريکي، مد احتراقي، مد هايبريد، مد شارژ مجدد و مد بازيافت انرژي ترمزي معکوس) تعريف گرديده، سپس براساس قوانين مشخص شده بين مدها، استراتژي کنترل بنا نهاده شده است. براي بهبود مصرف سوخت و کاهش آلودگي ، کنترل کننده بايد تصميم بگيرد که کدام مد عملکردي بايد استفاده شود و تقسيم بهينه توان بين دو منبع انرژي با برآورده کردن درخواست توان از راننده و برآورده کردن حالت شارژ باتريها بايد صورت گيرد. فرآيند طراحي با تفسيرموقعيت پدال حرکت به عنوان يک توان درخواستي Preq شروع مي شود. بنابراين براساس توان درخواستي و حالت خودرو، عملکرد کنترل کننده بوسيله يکي از سه مد عملکردي ، مد کنترل ترمز، مد کنترل تقسيم توان و مد کنترل شارژ مجدد، مشخص مي شود. اگر توان درخواستي Preq منفي باشد، در اين حالت کنترلر ترمزها سرعت خودرو را کاهش مي دهد. اگر Preq مثبت باشد، در اين حالت هم بايد کنترل کننده تقسيم توان فعال شود و هم کنترل شارژمجدد براساس حالت شارژ باتريها بايد اعمال شود. از طرفي براي بالا نگهداشتن سطح شارژ باتريها ، براي اينکه حالت شارژ بين يک محدوده بالايي و پاييني قرار بگيرد، از يک استراتژي سطح بالا استفاده مي شود. براي اين منظور از يک محدوده 55-60% براي شارژ باتري به منظور عملکرد موثر باتري استفاده مي شود. استراتژي تقسيم توان به اين صورت مي باشد که بر اساس نقشه بازده موتور احتراقي ، شکل(2-1) ، و خط توان Pe-on و توان کمکي مربوط به موتور الکتريکي
(Pm-a )، عملکرد موتور احتراقي در ناحيه موثر باشد.


پاسخ دهید