关键字 |
| EV-AC开车,混合燃料电池和锂离子电池,切换滤波器补偿器(证监会)。 |
介绍 |
| 电动车(电动车)正在成为一个可行的基于经济替代冰燃料运输系统是一个优雅的步骤以减少污染和温室气体(HGH)和减少烟雾和空气质量,从而减少环境问题由内燃机。除了能源利用效率和减少汽车尾气排放,电动汽车可以带电光伏太阳能和风能等可再生能源计划。在当前的限制电动汽车能量密度低,需要长时间充电目前电池[1]。因此,优化能源利用、能量回收和高效的电能/电源管理是非常重要的在EV-DC和交流传动设计;除了交流电动机的优化设计重量,体积和操作最大效率满额定条件正确选择需要的统一直粱驱动组件以及最优控制策略。所需的推进系统的特点(交流电动机)电动车高比率的合成驱动转矩/惯性和功率/体积和重量,开始和最大转矩的能力和水平加速转矩也至关重要(300 - 400%),高速度,低水平的可听噪声、低维护、体积小,低重量,合理的成本,效率高/低和高速度范围,在制动能量回收,无灵敏度加速度部队。鼠笼式感应电动机具有上述特性中的大部分[2]。最近,提高内燃机的废气排放限制CNG /汽油和柴油动力引擎和市区的交通管制给了一个强大的冲动电推进系统为汽车应用的发展。马达驱动组成的混合动力vehiclecomprises AC驱动电动机,6-pulse-VSI-power转换器、速度控制器、直流总线稳定过滤器/切换电容器和动态控制器确保能量回收和高效的能源利用。 |
| 提出了不同类型的AC马达用于电动汽车;他励同步马达,不同永磁磁阻电机、汽车和感应电动机。为此选择了鼠笼式感应电动机驱动系统由于技术成熟,可靠性高,效率高,即使在高速范围和低生产成本[3]。许多控制技术已经应用于鼠笼式感应电动机[4],[5]。这两个著名的交流感应电动机控制方法是基于解耦磁场定向控制(FOC)和直接转矩控制(DTC)。混合FOC-DTC方法利用FOC和DTC方法的优点,同时消除了额外所需的硬件和控制评估成本和复杂性。所以它似乎非常适合电动汽车应用。DTC,所需的测量控制技术只是输入电流。通量、转矩和速度估计。相关损失——最小化策略是混合方法来最大化驱动效率。 Moreover, a speed estimation process and a robust flux weakening strategy are proposed and applied to the basic drive system to make it more proper for EV applications [6-7]. |
| 感应电动机直流电机相比有很多优势,同步电机和开关磁阻电机在许多方面,如可控性、可靠性、技术、成熟和成本的最近的比较研究对混合动力电动汽车(HEV) [3], [4], [8]。因此,感应电动机是一种合适的电动机候选人汽车应用。 |
| 感应电动机找到了原始的使用在所有工业应用因其结构简单、坚固性、低成本、可靠性、和不需要维护。快速的转矩响应和高效变速驱动器很有吸引力对于一些特殊的应用领域,由电力供应有限,如电动汽车、航天飞行器等等。高动态感应电动机驱动器的性能是必不可少的在今天的许多应用程序自动控制机器。感应电动机控制最近在电力电子领域引起了人们广泛的关注。定向控制了,让一个交流电动机来实现动态响应快速直流电机。磁场定向矢量控制的原理是基于弗莱明定律,描述通量和电流之间的相互作用力。许多papershave报告与补偿各种参数相关的问题。电流控制逆变器通常用于定向驱动系统开发输出波形,不比较积极与电压控制的逆变器。当前控制逆变器常常引起电动机谐波增加损失和噪声在稳态操作[9],[10],[11]。DTC是一个合适的技术高性能电动驱动系统。 Simple algorithms, fast dynamic response and strong robustness to parameter variation and load disturbance characterize it. Therefore, the method combined DTC with a loss minimization approach will not only guarantee fast torque dynamic response of EV, but also maximize operating efficiency of that [12], [13], [14]. Many control techniques have been applied on squirrel-cage induction motors [15], [16], [17], [18], [19], [9]. Among these techniques, DTC [17], [18], [9], [20] appears to be very convenient for EV applications. The required measurements for this control technique are only the input currents. Flux, torque, and speed are estimated. The input of the motor controller is the reference speed, which is directly applied by the pedal of the vehicle [7]. |
| 本文的主要目的是设计一个efficient-well稳定EV-AC驱动方案交流感应电动机用于电动汽车使用一种新型切换filter-compensation方案和动态控制策略的混合燃料电池锂离子电池源。燃料电池可以作为混合动力电动汽车的一个额外的精神来源。selfregulating控制器,提出了基于加权修正比例积分导数(WMPID)算法。Theswitched滤波器补偿器是由tri-loop error-driven监管机构运行速度跟踪任何参考轨迹在不同参数和负载条件下。控制系统由四个不同的监管机构来跟踪参考轨迹速度与最小/在当前,侵入,纹波条件。时间缩小比例和分离的多回路控制方案已验证有效的动态速度参考轨迹跟踪,高效的用电,侵入电流条件有限,减少直流侧瞬变和电压远足。 |
样本研究系统 |
| 图(1)显示了提出EV-AC感应电动机驱动方案与锂离子电池和FC。该驱动系统由五个部分组成。有直流电压供应锂离子电池,FC,切换滤波器补偿器(证监会),控制四个IM汽车轮子,随心所欲二极管,直流负载。DC / AC补偿器方案用于确保稳定,高效,最小侵入操作混合可再生能源计划。WMPID监管机构和协调控制器用于以下目的: |
| 1)的IM马达驱动速度参考跟踪监管,确保与最小侵入速度参考跟踪条件,确保降低电压瞬变和提高能源利用率。 |
| 2)混合切换滤波器补偿器(证监会)监管机构与脉冲宽度调制(PWM)开关方案调节直流总线电压和减少侵入电流瞬变和负载远足。香港证监会设备作为一个匹配的直流/直流直流负载动态特性之间的接口装置。 |
| 答:感应马达构造 |
| 感应电动机的数学模型的磁场定向固定框架,定子电流矢量和定子磁通矢量作为状态变量可以被描述为: |
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| b .燃料电池能源系统模型 |
| 燃料电池是一种电化学装置,气体燃料的化学能直接转换成电能,被广泛视为一个潜在的替代固定和移动电源。FC堆栈系统正在密集开发几家制造商,与聚合物电解质膜(PEM) FCs目前被许多人认为是在一个相对较发达阶段地面车辆应用程序。燃料电池堆栈连接串联/并联组合来实现所需的评级。燃料电池的电解质夹在两个电极之间。电解液有一个特殊的属性,允许正离子(质子)通过而阻止电子。氢气经过一个电极,称为阳极,与催化剂的帮助下,分离成电子和氢质子。 |
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| c .锂离子电池能源系统模型 |
| 锂离子电池的建设包括一个负电极,一个正电极,separatorbetween电极和电解液淹没电极。负电极的活性材料包括至少一个低使石墨化碳材料和至少一个高度石墨化碳材料。正极活性材料制成包括锂离子、过渡金属离子和聚阴离子[3]。锂离子电池是最好的选择,因为它是一个最好的能量密度,没有记忆效应,长生命周期和缓慢的损失。 |
控制策略 |
| 答:加权修正比例积分微分 |
| 拟议中的tri-loop错误驱动的加权修正比例积分微分(WMPID)控制器和如图(3)所示,是一种新型先进的监管理念,是一个自适应动态式多功能控制器能够处理突如其来的参数变化和负载和/或远足。利用tri-loop错误WMPID控制器驱动,它预计将有一个平滑,减少动态over-shoot,快速和更健壮的速度控制器相比,那些经典控制方案。动态补充控制循环利用(单位)三个尺寸误差向量(追杀eII, epI)由以下方程: |
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| 感应电动机的速度控制 |
| PI调节器用于直接转矩控制是一个鲁棒控制的感应电动机,它的实际实现与其他技术相比是很容易的。图(4)代表了速度响应的变化,和反转速度应用到使用经典的PI调节器。速度控制器是基于PI调节器。不下的监管机构是一个扭矩设定值应用于直接转矩控制器。直接转矩和磁通控制(DTC)控制器包含五个主要模块如图(4),转矩和磁通计算器用于估计通量αβ组件和电动机的电磁转矩。这个计算器是基于运动方程合成。αβ向量块用于查找该行业的αβ平面通量向量谎言。磁通和转矩滞块包含一个二级迟滞比较器流量控制和转矩控制的三级迟滞比较器。转换表块包含两个查找表,选择一个特定电压向量依照磁通和转矩滞环比较器的输出[13]。 |
数字仿真结果 |
| 锂离子和FC驱动三相鼠笼式感应电动机作为推进系统的电动汽车性能比较了两个测试用例,即开路故障和短路故障常见的直流总线。加权修正PID已经应用于电压和电流跟踪控制的锂离子和FC驱动方案的性能比较。使用MATLAB / Simulink仿真软件设计、测试和验证方案的有效性没有和香港证监会设备。数字的方法,使用MATLAB / Simulink动态仿真模型软件环境支持低成本评估和原型,系统参数的选择和优化控制设置。使用加权的改进PID算法用于控制器增益调整以减少总误差的绝对值。这是需要全面的原型,它既昂贵又耗时。动态仿真器的有效性带来详细的子模型的选择和测试子MATLAB电力系统组件库已经测试和验证。控制系统包括三个动态多环error-driven监管机构和协调尽量减少选择的目标函数。图(5)显示驱动器的性能在一个广泛的速度范围。在时间t = 0年代,速度设定值是400 rpm。 As shown in the figure, the speed precisely follows the acceleration ramp. At t = 0.5 s, the nominal load torque is applied to the motor. At t = 0.5 s, the speed set point is changed to 0 rpm. The speed decreases to 0 rpm. Figure (6) shows the performance of the drive in a wide speed range. At time t = 0 s, the speed set point is 500 rpm. As shown in the following figure, the speed precisely follows the acceleration ramp. At t = 0.5 s, the nominal load torque is applied to the motor. At t = 1 s, the speed set point is changed to 0 rpm. The speed decreases to 0 rpm. At t = 1.5 s., the mechanical load passes from 792 N.m to −792 N.m. Figures (7, 8) show the stator current and DC Bus voltage response during different operation modes. Digital simulation for the EV-IM drive scheme shows the voltage and the current for the system without SFC, with SFC with Freewheel diode. Figures (9, 10, 11, 12, 13) show the system dynamic voltage, current and response at all Buses. In the same time, Figures (14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23) show the system dynamic voltage, current and response at all Buses under open circuit and short circuit fault condition at VD Bus respectively. Figure (24) shows the performance of the drive in a wide speed range under short circuit fault at AC Bus. Figure (25) shows the stator current and DC Bus voltage response under short circuit fault at AC Bus. |
结论和扩展 |
| 本文验证了新的高效的切换滤波器补偿方案和误差驱动的多环控制策略以确保最小侵入电流条件下,通过自由能量回收二极管和共同稳定直流总线组成的混合直流源的FC和锂离子电池喂VSI 6-Pulse变频器驱动的交流三相鼠笼式感应电动机用作EV-propulsion系统。该计划利用一个简单但效果串并联切换电容滤波器,确保动态终端电压稳定,有效的能源利用负载切换和错误。动态建模和协调控制策略集成的电动汽车驱动与自由二极管计划使用混合燃料电池和锂离子电池。集成直流/交流传动方案是使用低成本稳定脉冲宽度调制/切换滤波器补偿(证监会)。多回路调节器的目的是确保一个完全稳定直流母线电压和减少涌流条件和能量回收在源和负载远足。 |
| 本文给出了验证的多循环修改PID控制器与额外error-squared加速反应和出错率稳定的锂离子电池,燃料电池电动汽车驱动方案fourwheel交流传动使用三相鼠笼式感应电动机。交流感应电动机是使用decoupled-direct验证对不同操作条件下的转矩控制(DTC)技术。现在的研究扩展到其他交流传动系统包括永磁感应电动机,PMSynchronous和开关磁阻电机具有不同证监会滤波器拓扑和修改控制策略使用动态算法/和谐搜索/细菌觅食和自适应软计算进化计算动态增益控制器。 |
数据乍一看 |
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图2 |
图3 |
图4 |
图5 |
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| 图6 |
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图8 |
图9 |
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| 图11 |
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图24 |
图25 |
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引用 |
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