STEROWANIE WIELOPOZIOMOWE UKŁADU NAPĘDOWEGO TRAKCYJNEGO POJAZDU KOŁOWEGO Z NAPĘDEM ELEKTRYCZNYM LUB HYBRYDOWYM

Podobne dokumenty
Maszyny Elektryczne i Transformatory st. st. sem. III (zima) 2012/2013

Układ napędowy z silnikiem indukcyjnym i falownikiem napięcia

IDENTYFIKACJA MODELU MATEMATYCZNEGO ROBOTA INSPEKCYJNEGO

Laboratorium. Sterowanie napędami elektrycznymi zagadnienia wybrane

STEROWANIE WG. ZASADY U/f = const

Wykład 2 Silniki indukcyjne asynchroniczne

LABORATORIUM Z AUTOMATYKI NAPĘDU ELEKTRYCZNEGO

IDENTYFIKACJA PARAMETRÓW MODELU MATEMATYCZNEGO SYNCHRONICZNYCH MASZYN WZBUDZANYCH MAGNESAMI TRWAŁYMI

Wirtualny model przekładni różnicowej

* Dr inż. Zygmumt Szymański, Katedra Elektryfikacji i Automatyzacji Górnictwa, Wydział Górnictwa i Geologii, Politechnika Śląska.

BADANIA LABORATORYJNE SUPERKONDENSATOROWEGO ZASOBNIKA ENERGII PRZEZNACZONEGO DO OGRANICZANIA STRAT W SIECIACH TRAKCYJNYCH

Wyznaczanie mocy pola wirującego w układach napędowych pojazdów elektrycznych

EUROELEKTRA Ogólnopolska Olimpiada Wiedzy Elektrycznej i Elektronicznej Rok szkolny 2015/2016

Napędy urządzeń mechatronicznych - projektowanie. Ćwiczenie 1 Dobór mikrosilnika prądu stałego z przekładnią do pracy w warunkach ustalonych

Ćwiczenie nr 4 Badanie zjawiska Halla i przykłady zastosowań tego zjawiska do pomiarów kąta i indukcji magnetycznej

SK-7 Wprowadzenie do metody wektorów przestrzennych SK-8 Wektorowy model silnika indukcyjnego, klatkowego

Ćwiczenie 1 Dobór mikrosilnika prądu stałego do napędu bezpośredniego przy pracy w warunkach ustalonych

Napędy elektromechaniczne urządzeń precyzyjnych - projektowanie. Ćwiczenie 3 Dobór mikrosilnika prądu stałego do układu pozycjonującego

Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 75/

PROBLEM OBJĘTOŚCIOWEGO STEROWANIA SIŁĄ LUB MOMENTEM UKŁADU ELEKTROHYDRAULICZNEGO

Pomiar rezystancji. Rys.1. Schemat układu do pomiaru rezystancji metodą techniczną: a) poprawnie mierzonego napięcia; b) poprawnie mierzonego prądu.

Sterowanie jednorodnym ruchem pociągów na odcinku linii

LABORATORIUM PODSTAW ELEKTROTECHNIKI Badanie silnika bocznikowego prądu stałego

POLITECHNIKA WARSZAWSKA WYDZIAŁ SAMOCHODÓW I MASZYN ROBOCZYCH Instytut Podstaw Budowy Maszyn Zakład Mechaniki

STEROWANIE STRUMIENIEM Z MODULACJĄ WEKTOROWĄ

interaktywny pakiet przeznaczony do modelowania, symulacji, analizy dynamicznych układów ciągłych, dyskretnych, dyskretno-ciągłych w czasie

MODEL ODPOWIEDZI I SCHEMAT OCENIANIA ARKUSZA II. Zdający może rozwiązać zadania każdą poprawną metodą. Otrzymuje wtedy maksymalną liczbę punktów.

System napędu hybrydowego Toyota. Toyota Motor Poland 2008

MODEL ODPOWIEDZI I SCHEMAT OCENIANIA ARKUSZA II. Zdający może rozwiązać zadania każdą poprawną metodą. Otrzymuje wtedy maksymalną liczbę punktów.

1. W zależności od sposobu połączenia uzwojenia wzbudzającego rozróżniamy silniki:

Maksymalny błąd oszacowania prędkości pojazdów uczestniczących w wypadkach drogowych wyznaczonej różnymi metodami

Zasady doboru mikrosilników prądu stałego

UKŁAD AUTOMATYCZNEJ REGULACJI SILNIKA SZEREGOWEGO PRĄDU STAŁEGO KONFIGUROWANY GRAFICZNIE

Stabilność liniowych układów dyskretnych

MODELOWANIE ZMIANY PROGRAMU SYGNALIZACJI ZA POMOCĄ HIERARCHICZNYCH GRAFÓW PRZEJŚĆ AUTOMATÓW SKOŃCZONYCH

Przetworniki Elektromaszynowe st. n.st. sem. V (zima) 2016/2017

Ć W I C Z E N I E N R E-7

Układ uśrednionych równań przetwornicy

KO OF Szczecin:

Elektrotechnika i elektronika

Maszyny Elektryczne i Transformatory sem. III zimowy 2012/2013

Rozrusznik. Elektrotechnika w środkach transportu 85

Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 75/ NOWY, NIELINIOWY REGULATOR PRĄDU A DYNAMIKA KSZTAŁTOWANIA MOMENTU SILNIKA INDUKCYJNEGO

KONKURS PRZEDMIOTOWY Z FIZYKI dla uczniów gimnazjów. Schemat punktowania zadań

WPŁYW OSZCZĘDNOŚCI W STRATACH ENERGII NA DOBÓR TRANSFORMATORÓW ROZDZIELCZYCH SN/nn

Układy rozruchowe silników indukcyjnych pierścieniowych

Ćwiczenie: "Silnik indukcyjny"

Czynnik niezawodności w modelowaniu podróży i prognozowaniu ruchu

Badanie silnika indukcyjnego jednofazowego i transformatora

Elektrotechnika i elektronika pojazdów samochodowych : podręcznik dla technikum / Jerzy Ocioszyński. wyd. 11. Warszawa, 2010.

Porównanie struktur regulacyjnych dla napędu bezpośredniego z silnikiem PMSM ze zmiennym momentem bezwładności i obciążenia

ZASTOSOWANIE PRZEKŁADNI HYDROKINETYCZNEJ DO REDUKCJI WIBRACJI HYBRYDOWEGO UKŁADU NAPĘDOWEGO

KOMPENSACJA USZKODZEŃ WYBRANYCH CZUJNIKÓW POMIAROWYCH W UKŁADACH NAPĘDOWYCH Z SILNIKIEM INDUKCYJNYM POPRZEZ REDUNDANCJĘ SPRZĘTOWĄ

STUDIA I STOPNIA NIESTACJONARNE ELEKTROTECHNIKA

WYKORZYSTANIE KOMBINACJI POTENCJAŁÓW T- DO WYZNACZANIA PARAMETRÓW SZTYWNOŚCI SIŁOWNIKA ŁOŻYSKA MAGNETYCZNEGO

Ćwiczenie 2 Dobór mikrosilnika prądu stałego z przekładnią do pracy w warunkach ustalonych

RUCH FALOWY. Ruch falowy to zaburzenie przemieszczające się w przestrzeni i zmieniające się w

Instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych. Sterowanie dławieniowe-szeregowe prędkością ruchu odbiornika hydraulicznego

KARTA PRZEDMIOTU Rok akademicki: 2010/11

Konstrukcje Maszyn Elektrycznych

Podstawowe układy pracy tranzystora bipolarnego

OBLICZENIA POLOWE SILNIKA PRZEŁĄCZALNEGO RELUKTANCYJNEGO (SRM) W CELU JEGO OPTYMALIZACJI

Silniki prądu stałego. Wiadomości ogólne

Podstawowe definicje

Matematyczne modele mikrosilników elektrycznych - silniki prądu stałego

Ćwiczenie: "Silnik prądu stałego"

Zadanie 1. Podaj model matematyczny układu jak na rysunku: a) w postaci transmitancji, b) w postaci równań stanu (równań różniczkowych).

BUDOWA I ZASADA DZIAŁANIA MASZYN ASYNCHRONICZNYCH. l pod wpływem indukcji magnetycznej B) pojawi się napięcie indukowane:

Obliczenia polowe silnika przełączalnego reluktancyjnego (SRM) w celu jego optymalizacji

SILNIK RELUKTANCYJNY PRZEŁĄCZALNY PRZEZNACZONY DO NAPĘDU MAŁEGO MOBILNEGO POJAZDU ELEKTRYCZNEGO

MODELOWANIE MASZYNY SRM JAKO UKŁADU O ZMIENNYCH INDUKCYJNOŚCIACH PRZY UŻYCIU PROGRAMU PSpice

Projekt 2 studium wykonalności. 1. Wyznaczenie obciążenia powierzchni i obciążenia ciągu (mocy)

PRACA RÓWNOLEGŁA PRĄDNIC SYNCHRONICZNYCH WZBUDZANYCH MAGNESAMI TRWAŁYMI

INSTYTUT ENERGOELEKTRYKI POLITECHNIKI WROCŁAWSKIEJ Raport serii SPRAWOZDANIA Nr LABORATORIUM TEORII I TEHCNIKI STEROWANIA INSTRUKCJA LABORATORYJNA

ALGORYTM OPTYMALIZACJI STRUKTURY BEZSZCZOTKOWEGO SILNIKA PRĄDU STAŁEGO Z WYKORZYSTANIEM POLOWEGO MODELU ZJAWISK

I. KARTA PRZEDMIOTU CEL PRZEDMIOTU

ENERGOOSZCZĘDNY NAPĘD Z SILNIKIEM SYNCHRONICZNYM O MAGNESACH TRWAŁYCH Z ŁAGODNYM STARTEM

Zmiana punktu pracy wentylatorów dużej mocy z regulowaną prędkością obrotową w obiektach wytwarzających energię cieplną lub elektryczną

Charakterystyka statyczna diody półprzewodnikowej w przybliŝeniu pierwszego stopnia jest opisywana funkcją

POLITECHNIKA ŚLĄSKA WYDZIAŁ INŻYNIERII ŚRODOWISKA I ENERGETYKI INSTYTUT MASZYN I URZĄDZEŃ ENERGETYCZNYCH. Badanie wentylatora

Temat: Silniki komutatorowe jednofazowe: silnik szeregowy, bocznikowy, repulsyjny.

Projektowanie systemów EM. dr inż. Michał Michna

Algorytm sterowania oparty na sterowaniu SMC i sterowaniu proporcjonalnym

WIRTUALNY UKŁAD STERUJĄCY POJAZDEM KOŁOWYM O NAPĘDZIE HYBRYDOWYM

ZAAWANSOWANE ROZWIĄZANIA TECHNICZNE I BADANIA EKSPLOATACYJNE MIEJSKIEGO SAMOCHODU OSOBOWEGO Z NAPĘDEM ELEKTRYCZNYM e-kit

Bezpośrednie sterowanie momentem silnika indukcyjnego zasilanego z 3-poziomowego. przekształtnika MSI z kondensatorami o zmiennym potencjale

KARTA PRZEDMIOTU Rok akademicki: 2010/11

Wykład 4. Strumień magnetyczny w maszynie synchroniczne magnes trwały, elektromagnes. Magneśnica wirnik z biegunami magnetycznymi. pn 60.

Napędy urządzeń mechatronicznych - projektowanie. Ćwiczenie 3 Dobór silnika skokowego do pracy w obszarze rozruchowym

Schematy blokowe. Akademia Morska w Gdyni Katedra Automatyki Okrętowej Teoria sterowania. Mirosław Tomera 1. ELEMENTY SCHEMATU BLOKOWEGO

MODEL WYRZUTNI ELEKTROMAGNETYCZNEJ

Rozwój sterowania prędkością silnika indukcyjnego trójfazowego

Alternator. Elektrotechnika w środkach transportu 125

Sterowanie układem zawieszenia magnetycznego

SZEREGOWY SYSTEM HYDRAULICZNY

IDENTYFIKACJA PARAMETRÓW SILNIKA INDUKCYJNEGO ZA POMOCĄ ALGORYTMÓW GENETYCZNYCH

PL B1. POLITECHNIKA LUBELSKA, Lublin, PL BUP 18/11. JANUSZ URBAŃSKI, Lublin, PL WUP 10/14. rzecz. pat.

Wymagania edukacyjne: Maszyny elektryczne. Klasa: 2Tc TECHNIK ELEKTRYK. Ilość godzin: 1. Wykonała: Beata Sedivy

BADANIE SILNIKA INDUKCYJNEGO STEROWANEGO Z FALOWNIKA NAPIĘCIA

ĆWICZENIE A2 INSTRUKCJA OBSŁUGI

Transkrypt:

ZYGUNT SZYAŃSKI STEROWANIE WIELOPOZIOOWE UKŁADU NAPĘDOWEGO TRAKCYJNEGO POJAZDU KOŁOWEGO Z NAPĘDE ELEKTRYCZNY LUB HYBRYDOWY ULTILEVEL CONTROL OF THE WHEEL VEHICLE TRACTION DRIVE SYSTE WITH ELECTRIC AND HYBRID DRIVE Strezczenie Abtract W artykule dokonano przeglądu rozwiązań kontrukcyjnych pojazdów kołowych z napędem elektrycznym i hybrydowym: zeregowym, równoległym i zeregowo-równoległym, z połączeniem ilnika elektrycznego i palinowego. Przedtawiono także różne kontrukcje ilników trakcyjnych: ilnik indukcyjny (z podwójnym wirnikiem, z dzielonym obwodem magnetycznym wirnika) oraz zintegrowany ilnik ynchroniczny. Zamiezczono modele matematyczne obwodów: elektrycznych, układu napędowego pojazdu, układu mechanicznego oraz kinematycznego pojazdu kołowego. Sytem terowania wielopoziomowego zotał wykorzytany do terowania pojazdu kołowego. Aby zapewnić terowanie optymalne pojazdu kołowego z napędem elektrycznym i hybrydowym zatoowano różne kryteria: minimum poboru energii dla jazdy optymalnej, przy uwzględnieniu dynamicznych zmian prędkości jazdy pojazdu. Zamiezczono również przykładowe wyniki obliczeń ymulacyjnych, przeprowadzonych dla różnych warunków jazdy. Wyniki obliczeń komputerowych zotały częściowo prazone w trakcie badań laboratoryjnych. Słowa kluczowe: pojazd hybrydowy, terowanie wielopoziomowe, napęd elektryczny The paper preent a review o the contruction olution o wheel vehicle drive ytem with electric and hybrid drive: erie, parallel, and erie-parallel connection petrol and electric motor. Some contruction o the traction motor are preented in the paper: induction motor (double rotor, cutting magnetic circuit rotor), integrated ynchronou motor. A mathematical model o: electric motor, drive ytem, mechanic ytem, and kinetic ytem, o the wheel vehicle are preented in the paper. A multilevel control ytem are applied or the wheel vehicle control. For realization o optimal control ytem o the wheel vehicle with electric and hybrid drive ytem aumed criteria: minimum o energy conumption, optimal vehicle tance, in aumption o determine dynamic change o vehicle peed. The paper preent elected reult o computer calculation, realized or particular ride contion. Reult o computer calculation remain partially veriied a laboratory experiment. Keyword: hybrid vehicle, multilevel control, electric drive Dr inż. Zygmunt Szymańki, Katedra Elektryikacji i Automatyzacji Górnictwa, Wydział Górnictwa i Geologii, Politechnika Śląka, Gliwice.

4. Wtęp Rozwój tranportu palinowego twarza zagrożenie przekroczenia dopuzczalnych wartości poziomów hałau, drgań i wibracji oraz wkaźników związanych z zanieczyzczeniem środowika naturalnego. Wprowadzenie pojazdów z napędem elektrycznym lub hybrydowym powinno w znacznym topniu ograniczyć to oddziaływanie. Klayczny układ napędowy pojazdu kołowego kłada ię z ilnika palinowego z rozruznikiem elektrycznym oraz z układu przenieienia napędu, zawierającego m.in.: przęgło, przekładnię wielotopniową (krzynię biegów) oraz zepół oi napędowych. W reeracie zaproponowano wprowadzenie do układu napędowego pojazdu kołowego elektrycznych zepołów napędowych. Zatoowanie zmodernizowanego napędu pozwoli wyeliminować z układu napędowego pojazdu: rozruznik elektryczny i częściowo przekładnię wielotopniową oraz zmniejzyć moc ilnika palinowego. Optymalnym rozwiązaniem jet wprowadzenie wariantowego wypoażenia amochodu w dodatkowy napęd elektryczny do eryjnie produkowanych amochodów palinowych. W artykule zaproponowano wprowadzenie do układów napędowych pojazdu kołowego indukcyjnych ilników trakcyjnych. Zatoowanie tych ilników do układów napędowych pojazdów twarza zerokie możliwości zmian kontrukcyjnych pojazdów, umożliwia uzykanie znacznych ozczędności ekploatacyjnych, a także daje pewne możliwości realizacji ekploatacji ekologicznej tranportu kołowego. Wypadkowa moc napędu hybrydowego będzie równa mocy ilnika trakcyjnego napędu klaycznego. Układ napędowy pojazdu kołowego z napędem elektrycznym zawiera: ilnik trakcyjny lub zepół trakcyjnych ilników elektrycznych, blok zailaczy przekztałtnikowych oraz układ przenieienia napędu. Klayczny układ napędowy pojazdu hybrydowego zawiera dwa tory przetwarzania energii: tor termodynamiczno-mechaniczny oraz tor elektromechaniczny. Tor termodynamiczno-mechaniczny zawiera ilnik palinowy oraz zaobnik energii (bateria akumulatorów, ultrakondenator, koło zamachowe). Tor elektromechaniczny zawiera: zepół elektrycznych ilników trakcyjnych (ilniki prądu tałego, ilniki indukcyjne lub ilniki z magneami trwałymi), zailacz przekztałtnikowy oraz układ przenieienia napędu. Koniguracja napędu mui zapewniać dwukierunkowy przepływ energii [3, 4, 6]. W artykule przedtawiono wybrane modele pojazdów hybrydowych: zeregowy, równoległy oraz zeregowo-równoległy. Sterowanie pojazdem hybrydowym powinno zapewniać realizację założonych zadań przewozowych w określonym czaie, przy optymalnym zużyciu energii. ożna to zrealizować, toując m.in. terowanie wielopoziomowe. W artykule omówiono także modele matematyczne pojazdu kołowego oraz wybrane algorytmy terowania wielopoziomowego. Zamiezczono również przykładowe wyniki obliczeń komputerowych dla założonych unkcji celu i priorytetów terowania. Wyniki obliczeń komputerowych zotały zweryikowane w trakcie badań laboratoryjnych.. Przegląd układów napędowych hybrydowych pojazdów kołowych W pojazdach hybrydowych toowane ą różne warianty układów napędowych: napęd zeregowy, napęd równoległy, napęd zeregowo-równoległy [3 5]. W pojazdach z napędem zeregowym ilnik palinowy napędza prądnicę elektryczną, tworząc agregat prądotwórczy do ładowania baterii akumulatorów i do częściowego zailania zailacza prze-

kztałtnikowego. Elektryczny ilnik trakcyjny jet zailany z baterii akumulatorów przez blok zailaczy przekztałtnikowych i napędza oie napędowe pojazdu przez układ przenieienia napędu. W pojazdach z napędem równoległym jednotki napędowe: ilnik palinowy oraz ilnik elektryczny napędzają równolegle oie napędowe pojazdu. Sumowanie mocy mechanicznej pozczególnych ilników napędowych odbywa ię przez uperpozycję ich momentów napędowych na wpólnym wale napędowym lub w układzie dwuoiowym przez uperpozycję ich momentów napędowych, z użyciem przekładni planetarnej [3, 4, 6]. Schemat równoległego układu napędowego przedtawiono na ryc.. Rozwiązaniem bardziej uniweralnym jet układ zeregowo-równoległy zawierają- zbiornik paliwa ilnik palinowy terownik połączenie mechaniczne zailacz baterii wał główny bateria 5 napęd końcowy mech. różnicowy pobór energii ładowanie baterii Ryc.. Schemat równoległego napędu hybrydowego Fig.. Scheme o the parallel hybrid drive ytem przęgło ilnik przekładnia planetarna generator ilnikowy terownik zamek cy: przekładnię planetarną lub pecjalny ilnik z wirującym tojanem typu Tranmotor [3, 6]. Przykładowe chematy napędu zeregowo-równoległego przedtawiono na ryc. i 3. ilnik trakcyjny terownik baterie Ryc.. Schemat zeregowo-równoległego napędu hybrydowego z przekładnią planetarną [3, 6] Fig.. Scheme o the erie parallel driver ytem with planetary gear unit [3, 6]

6 baterie terownik blokada ilnik palinowy reduktor prędkości ilnik trakcyjny terownik Ryc. 3. Schemat zeregowo-równoległego napędu hybrydowego z ilnikiem Tranmotor [3, 6] Fig. 3. Scheme o the erie-parallel hybrid driver ytem with Tranmotor motor [3, 6] Układ napędowy i obwody terowania pojazdu kołowego powinny zapewniać: zeroki zakre regulacji prędkości jazdy, pracę pojazdu przy tałym momencie napędowym lub tałej mocy mechanicznej, regulację momentu napędowego przy minimalnych tratach energii, tabilną pracę ilników napędowych, określoną wartość przeciążalności mechanicznej i elektrycznej: p (,5 ), p E (,5 ) [3, 6]. 3. Nowoczene ilniki napędowe pojazdów kołowych kołnierz przęgło korpu tojan zailacz wirnik przekładnia Ryc. 4. Schemat układu napędowego z ilnikiem kompaktowym Fig. 4. Scheme o the driver ytem with compact motor Silniki elektryczne toowane w układach napędowych pojazdów kołowych powinny zapewniać: pewny rozruch, przy dużej wartości momentu rozruchowego, zeroki zakre regulacji prędkości obrotowej, obciążenie momentem znamionowym podcza pracy przy małej prędkości obrotowej, dużą przeciążalność momentem, odporność na przeciążenia mechaniczne oraz elektryczne. Silniki trakcyjne powinny mieć budowę zwartą, zamkniętą, z chłodzeniem naturalnym lub wymuzonym, z zewnętrzną chłodnicą. W pojazdach kołowych z napędem elektrycznym lub hybrydowym najczęściej toowane ą ilniki indukcyjne, ilniki prądu tałego z magneami trwałymi, ilniki ynchroniczne z magneami trwałymi. W zależności od zatoowania pojazdu kołowego pojazdy komunikacji miejkiej, amochody z napędem elektrycznym lub hybrydowym, pojazdy pecjalne (wózki tranportowe, wózki inwalidzkie lub pojazdy terenowe) układ napędowy, oprócz jednotki napędowej, może poiadać przekładnię wielotopniową (amochody, autobuy) lub nie zawierać

7 przekładni wielotopniowej (wózki inwalidzkie, pojazdy terenowe). Na rycinie 4 przedtawiono uprozczony chemat układu napędowego pojazdu kołowego z ilnikiem kompaktowym. Silnik kompaktowy zawiera we wpólnej obudowie zailacz przekztałtnikowy oraz obwód elektromagnetyczny ilnika. Jet to kontrukcja ilnika trakcyjnego wypoażonego w tranzytorowy zailacz przekztałtnikowy, terowany z układu mikroproceorowego. Całość jet umiezczona we wpólnej obudowie. Taka kontrukcja ilnika jet zczególnie zalecana do zatoowania w pojazdach pracujących w trudnych warunkach środowikowych. 4. odel matematyczny pojazdu kołowego odel matematyczny pojazdu kołowego jet uperpozycją kładowych modeli (układu napędowego pojazdu, ilnika trakcyjnego, układu zailania oraz układu kinematycznego pojazdu). Zjawika zachodzące w pozczególnych modułach opiują układy równań różniczkowych nieliniowych. Oprócz równań bazowych wytępują również równania przęgające pozczególne moduły. W artykule ograniczono ię do opiu matematycznego zjawik zachodzących w ilniku napędowym oraz w układzie kinematycznym pojazdu. 4.. odel matematyczny ilnika trakcyjnego W układach napędowych pojazdów z napędem elektrycznym oraz z napędem hybrydowym toowane ą: ilniki indukcyjne (kompaktowe lub z podwójnym wirnikiem), ilniki z magneami trwałymi oraz ilniki ynchroniczne: hiterezowe lub SCR [4 6]. Dynamikę trakcyjnego ilnika indukcyjnego z podwójnym wirnikiem opiuje układ równań różniczkowych u u u r = R i + L = R = R = i r r T = i i T i ob o σ + L φ σ + L φ = J = J + L + σr [ ] [ ], r, r dω i i dω + L r + L r + D ω, r + D ω +, + + r,, r + r, r +, r r ()

8 R, R, R r rezytancje uzwojeń tojana oraz dwóch wirników, L, L, L r indukcyjności włane uzwojeń tojana oraz dwóch wirników, L σ,,,,r indukcyjność rozprozenia, indukcyjności wzajemne tojana oraz wirników,, momenty elektromagnetyczne pozczególnych wirników, i, i, i r prądy tojana oraz wirników: r i r, u, u, u r napięcia zailania uzwojenia tojana oraz wirników: r i r. Dynamikę ilnika ynchronicznego ze wzbudzeniem elektromagnetycznym w układzie wpółrzędnych dq opiuje układ równań d d d ( r ) ( r ) dω m d q = = = = = 3p Ld L L R q,5 Ld L 3p J RL L L,5 ( r ) ( r ) ( r ) + q d q RL,5 q q Ω L Ld L ( r ) ( r ) ( r ) + + + d q ud,5 d u ( r ) d L Ld L,5,5 Ld L R L L RLd,5 + ( r ) ( r ) ( r ) + d q rq,5 d L L Ω u L L ( r ) ( r ) ( r ) + d q rq,5 d p J obc () u, u napięcia zailania uzwojenia twornika i wzbudzenia, d, q, trumieniozwoje przęgnięte z uzwojeniami twornika i wzbudzenia, w,d indukcyjność wzajemna między uzwojeniem twornika w oi d a uzwojeniem wzbudzenia. Siła oporów ruchu jet zależna od prędkości jazdy pojazdu zgodnie z relacją W(v) = m P g(a + a v + a 3 v ) (3) Celem terowania układu jet zapewnienie owarzania zadanej trajektorii prędkości obrotowej ilnika ω oraz peudonormy trumienia 0,5( rd + rq ). Założono, że: ω i d ą gładkimi, zadawanymi trajektoriami, natomiat nieznane parametry: J z i zobc mają wartość tałą. Przy doborze regulatora adaptacyjnego prędkości ilnika założono, że jeżeli e ω = ω, to ω jet błędem śledzenia trajektorii prędkości, jeżeli w miejce rzeczywitych wartości trumieni: rd, rq podtawi ię ich etymatory: rd, rq, wtedy układ równań opiujących peudooberwator trumienia magnetycznego można przedtawić w potaci d rd B0 d B0 rq + B + B rd rq + B + B rq rd = i = i d q + x + y (4)

x = e ω i q, y = e ω i d. Przy obliczaniu nadążnej regulacji trumienia magnetycznego otrzymuje ię równania 9 de B d ( + ) d 0 = B0 v + evω + B rd rq v = rd i d + rw i q. Do oceny tabilności układu: regulator adaptacyjny ilnik oberwator można zatoować unkcję Lapunowa V = T [ J e + Θ Γ Θ + B ( + )] (6) ω 0 rd rq 4.. odel matematyczny układu kinematycznego pojazdu kołowego Klayczny układ kinematyczny pojazdu kołowego jet złożony z ilnika napędowego, przęgła, układu przenieienia napędu (krzynia biegów) oraz oi napędowych. Schemat poglądowy układu kinematycznego pojazdu przedtawiono na ryc. 5. (5) przęgło Je Te J e Te ilnik palinowy Tc wał napędowy b Tgm, Tg, r przekładnia wał wyjściowy koła w T ω kw, bw J J ω Ryc. 5. Schemat poglądowy układu kinematycznego pojazdu [, 6] Fig. 5. Drat cheme o the wheel vehicle kinetic ytem [, 6] odel matematyczny układu kinematycznego pojazdu opiuje układ równań J ω& = T e e e J ω& = b J ω& J ω& = T T ω ω ω ω θ& = ω ω ω = T T ( q, x, u) c ω + ( ) ( ) Tc q, x, u Tgm q, x, u ( q, x, u) T g ω ω (7)

0 T ω = k ω θ ω + b ω (ω ω ω ), T e moment oporów elementów prężytych. W pojazdach hybrydowych jednotkami napędowymi ą: układ ilników elektrycznych oraz ilnik palinowy. Sterowanie pracą ilnika palinowego jet realizowane w poób automatyczny ze terownika (układ mikroproceorowy), co oddziałuje na gaźnik elektroniczny regulujący dopływ paliwa oraz powietrza do ilnika. Uprozczony chemat obwodu terowania pracą ilnika palinowego przedtawiono na ryc. 6. ilnik palinowy Przetw. momentu krzynia biegów gaźnik elektron Ryc. 6. Schemat poglądowy układu napędowego pojazdu kołowego [, 6] Fig. 6. Drat cheme o the wheel vehicle drive ytem odel matematyczny układu opiuje reakcje termodynamiczne zachodzące w ilniku palinowym oraz ich wpływ na parametry kinematyczne jednotki napędowej [, 6]. Zjawika zachodzące w układzie przenieienia napędu pojazdu kołowego z ilnikiem palinowym opiują równania (8) (0). κr p& = W T i V T& = RT pv Q& = ha w κ ( W T W T ) T ( W W ) ( T T ) w a Q& W T + o c p i a o i o + Q& cv (8) h = K h Wi + W o 0,75 dh = v p app φ ( h) q φ h + 3η 3 Φd N gθ0 h h + F Ap h (9) 3 ( ) ( ) ( ) ( ) BJ app c h h π ηq 4 4 b a b a φ φ x T = T + T = N N Θ μp gn( ω) + N N Θ ηω (0) c v g 0 c g 0 3 4 h

Ryc. 7. Schemat blokowy modelu kinematycznego pojazdu kołowego [, 6] Fig. 7. Block cheme o the wheel vehicle kinetic model Układy równań różniczkowych () (0) umożliwiają przeprowadzenie analizy zjawik zachodzących w modelach części kinematycznej, elektrycznej oraz mechanicznej pojazdu, a także opracowanie algorytmów terowania wielopoziomowego pojazdu. Na rycinie 7 przedtawiono uprozczony chemat blokowy modelu kinematycznego pojazdu kołowego. 5. Algorytmy terowania wielopoziomowego pojazdu trakcyjnego Sterowanie wielopoziomowe mui zapewniać realizację założonych zadań przewozowych w określonym czaie, przy zadawanej liczbie środków tranportowych oraz minimalnym zużyciu energii. Zadania przewozowe powinny być zrealizowane przy minimalnych koztach ekonomicznych. W tym celu należy wykorzytywać środki tranportowe napędzane energoozczędnymi ilnikami trakcyjnymi, terowanymi adaptacyjnie, w poób bezpoślizgowy, w optymalnym czaie pracy. Dobór optymalnych parametrów terowania pojazdu kołowego można zrealizować na podtawie probabilitycznych modeli intenyikacji ruchu oraz gętości praopodobieńtwa wytąpienia określonych ma pojazdów w danym przedziale czau [4, 6]. W tym celu wypadkowy zbiór wielkości decyzyjnych należy przyporządkować do n przedziałów czaowych (przy uwzględnieniu rzeczywitych warunków ekploatacyjnych i wyznaczeniu wpółczynników wagi pozczególnych zdarzeń). Wypadkowa unkcja celu będzie umą iloczynów lokalnych unkcji optymalizacyjnych, wpółczynników wagi oraz gętości praopodobieńtwa ma pojazdów. Do zbioru zmiennych decyzyjnych można zaliczyć: parametry ekploatacyjne pojazdu (maa pojazdu, ładowność pojazdu, prędkość makymalna, iła pociągowa), analizowany układ komunikacyjny oraz parametry zailania pojazdu. Funkcję gętości rozkładu may pojazdu można przedtawić w potaci rozkładu

normalnego (), natomiat praopodobieńtwo pojawienia ię pojazdu P i o maie m w i-tym przedziale tray można wyznaczyć z relacji () ( m m ) p ( m) = exp σ () σ ( m m ) i P i = exp σ σ dm () m średnia maa pojazdu, odchylenie tandardowe. Funkcja celu trakcyjnego ilnika napędowego mui uwzględniać zagadnienia energoozczędności, kozty użytkowania i wytworzenia ilnika. uzą być pełnione natępujące warunki min 0 { max η ( x X ( y), y Y, C ( x, y,3c ))} n m m { C, C }, dla x Y ( y ) m 0 C m = m Cu c Cu + m Al c Al + m Fe c Fe + m iz c iz, C m kozt użytkowania materiałów czynnych, C 0 kozt użytkowania ilnika, 0 C m kozt użytkowania ilnika wykonanego z określonych materiałów, η n prawność znamionowa ilnika, x, y wpółrzędne wektorów będących zmiennymi optymalizacyjnymi, X, Y zbiory wielkości dopuzczalnych. Aby zapewnić ograniczony pobór energii przez ilniki napędowe pojazdu, mui być pełniony warunek n k j [ I j I ] max[ η coϕ ] ω ( 0, ω ) k k max k k max (3) = przy (4) I k prąd pobierany z zailacza przez k-ty ilnik trakcyjny, ω max makymalna prędkość obrotowa k-tego ilnika trakcyjnego. Ruch pojazdów może ię odbywać po traach o różnych koniguracjach i trukturze. Aby zapewnić realizację zadań przewozowych, należy obliczyć minimum wkaźnika jakości t j [( k ) F ( t) + ( + k ) F ( t) ] υ () t q F () t { q } J = + (5) E H P H P p R P 0

t j k H q E, q R 3 zadany cza przejazdu danego odcinka tray, tounek koztów pracy potrzebnej do jazdy do umy koztów jazdy i hamowania, wpółczynniki wagowe określające udział koztów poboru energii i trat mocy w bilanie energii układu. Aby ograniczyć błędy terowania uboptymalnego: adaptacyjnego lub nadążnego, należy obliczyć minimum wkaźnika jakości zdeiniowanego jako J n = ε l l t j [ ] () t + ε () t + g ε () t + g ε () t q F () t v v + l l v v 0 R P (6) ε l (t) = l z (t) l R (t) różnica między zadaną a rzeczywitą zmianą drogi, ε v (t) = v z (t) v R (t) różnica między zadaną a rzeczywitą prędkością jazdy pojazdu, l, v, q l, q R, q v wpółczynniki wagowe pozczególnych parametrów jazdy. Warunki () (6) opiują lokalne unkcje celu, uwzględniające zagadnienia elektromagnetyczne, elektromechaniczne oraz kinematyczne i tranportowe. Wypadkowa unkcja celu, wynikająca z wymogów terowania wielopoziomowego, uwzględnia także wpółczynniki wagi oraz unkcje kary [3, 6]. Szczegółowe algorytmy terowania będą prezentowane w dalzych publikacjach [6]. Dla modeli pojazdów kołowych: z napędem elektrycznym oraz z napędem hybrydowym, złożonym z ilnika palinowego o mocy 6 K, ilnika elektrycznego o mocy 5 kw, obciążonych mazyną prądu tałego, opracowano model ymulacyjny, algorytmy terowania oraz program komputerowy. Wybrane wyniki obliczeń ymulacyjnych przedtawiono na ryc. 8 0 [,, 6]. Na rycinie 8 przedtawiono wyniki ymulacji zjawik zachodzących w ilniku palinowym przy zmianie miezanki Ryc. 8. Wyniki obliczeń modelu ymulacyjnego napędu palinowego pojazdu [, 6] Fig. 8. Calculation reult o combution drive ytem o the vehicle [, 6] dopływającej do gaźnika ilnika. Na rycinie 9 pokazano przebiegi czaowe momentu napędowego, a na ryc. 0 przebiegi zmian prędkości obrotowej w układzie kinematycznym pojazdu. Opracowany model terowania wielopoziomowego zotał częściowo zweryikowany badaniami laboratoryjnymi. Wyniki badań potwierdziły celowość wprowadzenia terowania wielopoziomowego do terowania pojazdem kołowym z napędem elektrycznym oraz z napędem hybrydowym.

4 0 0, 0,4 0,6 0 0, 0,4 0,6 Ryc. 9. Przebiegi czaowe momentów: T e, T c, T w Fig. 9. Timing run o the torque: T e, T c, T w Ryc. 0. Przebiegi czaowe prędkości: ω e, ω l, ω w Fig. 0. Timing run o the rotational peed: ω e, ω l, ω w 6. Zakończenie Sterowanie pojazdem kołowym powinno uwzględniać: rodzaj napędu (napęd palinowy, napęd elektryczny, napęd hybrydowy), układ kinematyczny pojazdu (rodzaj zapłonu, układ przenieienia napędu) oraz parametry ekploatacyjne (koniguracja terenu, makymalne prędkości i przypiezenia). Czynniki te uwzględnia w pewnym topniu terowanie wielopoziomowe. W zależności od przyjętych priorytetów, uzykuje ię odpowiednią globalną unkcję celu. Przy obliczeniach przybliżonych uwzględnia ię tylko wybrane algorytmy terowania, przyjmując pozotałe parametry jako tałe. Zatoowanie komputerów pokładowych w pojeździe kołowym zapewni realizację złożonych algorytmów terowania, niezależnie od ingerencji kierowcy. Literatura [] Deur J., Petric J, Agari J., Recent advance in control-oriented modeling o automotive power train dynamic, Proceeng o the IEEE ISIE 05, Dubrovnik, June 005, 69-78. [] L u c e n t e G., o n t a r i., Hybrid modeling o a car driveline or ervo-actuated gear hit, Proceeng o the IEEE ISIE 05, Dubrovnik, June 005, 3-8. [3] iller J.., Gao Y., Ehani., Hybrid electric vehicle: overview and tate o art, Proceeng o the IEEE ISIE 05, Dubrovnik, June 005, 307-35. [4] S z y m a ń k i Z., Sterowanie energoozczędne trakcyjnego pojazdu kołowego z napędem elektrycznym lub hybrydowym, ateriały Konerencyjne Semtrak 04, Zakopane, wrzeień 004. [5] S z y m a ń k i Z., Sterowanie optymalne pojazdów kołowych oraz zynowych z napędem hybrydowym, ateriały iędzynarodowej Konerencji ET 05, Warzawa, październik 005. [6] S z y m a ń k i Z., Nowoczene napędy pojazdów kołowych oraz zynowych, onograia, Gliwice 006, w druku.