Ανάπτυξη συστήματος προβλεπτικού ελέγχου ταχύτητας για κινητήρα μόνιμων μαγνητών ηλεκτρικού οχήματος

Aλεξάνδρου, Αλέξανδρος; Alexandrou, Alexandros

dc.contributor.author	Aλεξάνδρου, Αλέξανδρος	el
dc.contributor.author	Alexandrou, Alexandros	en
dc.date.accessioned	2015-10-21T09:37:33Z
dc.date.available	2015-10-21T09:37:33Z
dc.date.issued	2015-10-21
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/41454
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.5318
dc.description	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Συστήματα Αυτοματισμού”	el
dc.rights	Default License
dc.subject	Electric drive systems	en
dc.subject	Electric vehicle	en
dc.subject	Power electronics control	en
dc.subject	Predictive control	en
dc.subject	Optimization	en
dc.subject	Συστήματα ηλεκτρικής κίνησης	el
dc.subject	Έλεγχος ηλεκτρονικών ισχύος	el
dc.subject	Ποβλεπτικός έλεγχος	el
dc.subject	Βελτιστοποίηση	el
dc.subject	Hλεκτρικό όχημα	el
dc.title	Ανάπτυξη συστήματος προβλεπτικού ελέγχου ταχύτητας για κινητήρα μόνιμων μαγνητών ηλεκτρικού οχήματος	el
dc.title	Developement of a speed predictive controller for an electric vehicle permanent magnet motor drive system	en
dc.contributor.department	Συστήματα Αυτοματισμού	el
heal.type	masterThesis
heal.generalDescription	Ευχαριστώ τον επιβλέποντα μου Αργύρη Σολδάτο, τον επιβλέποντα της διδακτορικής μου διατριβής Αντώνη Κλαδά, και τον Παναγιώτη Τσαραμπάρη	el
heal.classification	Ηλεκτρικά Οχήματα	el
heal.classification	Συστήματα ηλεκτρικής κίνησης	el
heal.classification	Προβλεπτικός Έλεγχος	el
heal.classification	Ηλεκτρονικά Ισχύος	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2015-06-08
heal.abstract	Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι η ανάπτυξη μιας ιδιαίτερης τεχνικής προβλεπτικού ελέγχου ρεύματος και προβλεπτικού ελέγχου ταχύτητας για την επίτευξη γρήγορης μεταβατικής απόκρισης στη ροπή και την ταχύτητα, μέσω ρύθμισης των DQ συνιστωσών του ρεύματος με στόχο την υψηλή επίδοση και απόδοση λειτουργίας σε ένα σύγχρονο κινητήρα μόνιμου μαγνήτη (PMSM), για εφαρμογή σε ηλεκτρικό όχημα. Ένας συνδυασμός των τεχνικών προβλεπτικού ελέγχου Deadbeat και προβλεπτικού ελέγχου αναφοράς σε μοντέλο (MPC) υλοποιήθηκε και προσωμοιώθηκε. Το προτεινόμενο σύστημα ελέγχου τίθεται σε σύγκριση με μια τυπική στρατηγική ελέγχoυ προσανατολισμένου πεδίου (FOC) με τυπικούς γραμμικούς PI ελεγκτές για το ρεύμα και αναδεικνύονται τα οφέλη του από τη βελτιωμένη μεταβατική απόκριση και τη δυνατότητα για περισσότερα κριτήρια βελτιστοποίησης στον έλεγχο. Σε πρώτο βήμα, περιγράφεται η σχηματική δομή των συστημάτων ηλεκτρικής κίνησης. Ένα τέτοιο σύστημα αποτελείται από το μοτέρ, την πηγή ενέργειας, (συσσωρευτές, κυψέλες καυσίμου κλπ), τον ηλεκτρονικό μετατροπέα ισχύος και το σύστημα ελέγχου. Περαιτέρω, γίνεται αναλυτικότερη αναφορά ιδίως σε κάθε συνιστώσα του συστήματος ηλεκτρικής κίνησης, περιγράφονται και οι μαθηματικές εξισώσεις και η αρχή λειτουργίας της κάθε μιας. Επιπλέον, αναλύονται οι βασικές τεχνικές οδήγησης του αντιστροφέα, και κατά συνέπεια του κινητήρα, όπως ο PI έλεγχος με βρόχο υστέρησης, ο SPWM και ο SVM, όπως και οι πιο διαδεδομένες τεχνικές ελέγχου των στροφών του κινητήρα μονίμων μαγνητών, όπως ο διανυσματικός αποσυζευγμένος έλεγχος (FOC) και ο άμεσος έλεγχος ροπής (DTC). Επιπλέον, μετά την ανάλυση της χρησιμότητας της εφαρμογής των τεχνικών προβλεπτικού ελέγχου σε συστήματα ηλεκτρονικών ισχύος, δυό προβλεπτικοί αλγόριθμοι για τον έλεγχο της ταχύτητας και του ρεύματος του κινητήρα σχεδιάστηκαν: ο διακριτός προβλεπτικός έλεγχος ρεύματος, σε συνδυασμό με PI έλεγχο της ταχύτητας και ο απ’ ευθείας ο προβλεπτικός έλεγχος της ταχύτητας, με εκτίμση της μηχανικής ροπής φορτίου. Σε κάθε περίπτωση οι παλμοί του αντιστροφέα διαμορφώνονται μέσω της SPWM τεχνικής. Η αντικειμενική συνάρτηση και οι περιορισμοί που τίθενται σε κάθε εφαρμογή προβλεπτικού ελέγχου αναλύονται. Τα μοντέλα προβλεπτικού ελέγχου που σχεδιάστηκαν, εφαρμόζονται και προσωμοιώνονται για το δυναμικό έλεγχο του μοντέλου σύγχρονης μηχανής μονίμων 3 μαγνητών. Μέσα από τις δυναμικές προσωμοιώσεις που πραγματοποιήθηκαν, μελετήθηκε η απόκριση του συστήματος σε βηματικές εντολές ταχύτητας, και σε βηματικές μεταβολλές του μηχανικού φορτίου ροπής. Η παρούσα διπλωματική εργασία κλείνει με την απεικόνηση των γραφημάτων από τις προσωμοιώσεις, με τους προβλεπτικούς ελεγκτές και τη σύγκριση αυτών με τον ‘’συμβατικό’’ PI διανυσματικό έλεγχο, σχεδιασμένο για τον έλεγχο του ίδιου κινητήρα και συστήματος κίνησης. Τέλος, ιδιαίτερη έμφαση έχει δοθεί στις διαφοροποιήσεις και δυσκολίες που μπορεί να παρουσιαστούν κατά τη διάρκεια της υλοποίησης των διαδικασιών του ελέγχου σε ένα πραγματικό σύστημα, που οφείλονται σε καθυστερήσεις που εισάγονται από τον ψηφιακό επεξεργαστή σήματος (DSP) και τις μετρητικές διατάξεις ταχύτητας και ρεύματος, και προτείνεται τρόπος αντιμετώπισής τους.	el
heal.abstract	The purpose of this work was the development of a particular Predictive Current Controller (PCC) and a speed Predictive Controller (SPC) for fast torque monitoring and high performance operation of a permanent magnet synchronous motor (PMSM) drive. A combination of a Deadbeat and a Model-based Predictive Control (MPC) techniques has been implemented. The proposed controller is compared to typical PI current controllers in Field Oriented Control (FOC) strategy and has an advantage on the improved transient response and possibility of extensive criteria inclusion in the cost function. As a first step, the general structure of a typical electric drive system is presented, composed by the motor, the power source, the power converter, and the control system. Furthermore, the particular components of the power circuit are described and the mathematical equations of their operation were developed. Μoreover, the main controllers of the power converters, such as the PI hysteresis-loop control, as well as the most established speed control strategies of permanent magnet motors, such as the Vector or Field Oriented Control and the Direct Torque Control, are presented. In addition, after analyzing the evaluation of predictive control in power electronics applications, two predictive control methods for controlling the speed and the current of the motor were designed: The discrete current model predictive controller, in combination with a speed PI controller, and the speed-current model predictive controller. In each case the inverter is driven by the SPWM technique. The objective function and the limitations imposed on this are analyzed. The model predictive control algorithms designed, were applied for the control of the dynamic model of the PMSM. Dynamic simulations were performed and the response on step speed commands and Mechanical Torque step change was shown. The thesis concludes with the displaying of the results and their comparison with the classic FOC-PI control technique, designed for controlling the same motor drive system. Finally, special emphasis has been placed on the differentiations that might occur during the transfer of the mpc algorithms into a real drive system, due to time delays imported by the Digital Signal Processor (DSP) and position and current sensors operation, and a simple compensation technique is proposed.	en
heal.sponsor	ΕΜΠ	el
heal.sponsor	Εργαστήριο Ηλεκτρικών Μηχανών και Ηλεκτρονικών Ισχύος ΕΜΠ	el
heal.advisorName	Σολδάτος, Αργύρης	el
heal.committeeMemberName	Τσαραμπάρης, Παναγιώτης	el
heal.committeeMemberName	Κλαδάς, Αντώνιος	el
heal.committeeMemberName	Σολδάτος, Αργύρης	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	83 σ.	el
heal.fullTextAvailability	true