Prima etapa: 2-10-2006 1-12-2006

Studii si cercetari privind tehnologii Fuzzy-Sensorless aplicabile in domeniul sistemelor de transport electric.

REZUMAT
Dezvoltarea autovehiculelor cu motoare cu ardere interna este una din cele mai mari realizari ale tehnologiei moderne. Dar, dezvoltarea industriei de autovehicule si cresterea accentuata a numarului de automobile au condus si la aparitia unor efecte negative, in special cele legate de mediul inconjurator. Deteriorarea calitatii aerului, incalzirea globala a planetei si scaderea resurselor petroliere au devenit unele dintre principalele probleme cu care se confrunta omul modern. Datorita acestui fapt, dezvoltarea unui sistem de transport sigur, curat si cu randament cresut, constituie o preocupare tot mai mare a cercetatorilor si constructorilor din toata lumea. In conscinta, dezvoltarea tehnologiilor de realizare a vehiculelor electrice, a vehiculelor hibride electrice si a vehiculelor cu pile de combustie reprezinta cele mai promitatoare solutii alternative privind sistemele de transport terestru. Tendintele actuale ale dezvoltarii tehnologice arata foarte clar necesitatea pregatirii inginerilor de astazi in acest domeniu, in scopul implementarii noilor tehnologii de comanda si control si, de asemenea, pentru gasirea a unor noi solutii privind cresterea randamentului, a autonomiei si a sigurantei in functionare a vehiculelor electrice. Studiul de fata, din aceasta prima etapa a proiectului, si-a propus sa puna in evidenta tendintele si dezvoltarea actuala a sistemelor de actionare electrica cu aplicatii in tractiunea electrica. Sunt prezentate diferite tipuri de convertoare electronice de putere, motoare electrice asociate cu sistemul de actionare, strategii de control, particularitati ale fiecarei metode de control, modele ale diferitelor tipuri de motoare, comparatii intre diferite sisteme de comanda si control si, de asemenea, cateva rezultate experimentale privind utilizarea inteligentei artificiale la comanda si controlul motoarelor electrice. Nu in ultimul rand, pentru diferite timpuri de motoare de propulsie au fost prezentate cateva metode de control sensorless-fara traductoare (motoarele de curent alternativ) si metode de control vectoriale (motoare de inductie). Analiza acestor sisteme a fost facuta avandu-se in vedere particularitatile vehicului electric (caracteristici de sarcina specifice, performante dinamice, tipuri constructive). Acest studiul este organizat in cinci capitole. In primul capitol este prezentat un scurt istoric privind dezvoltarea vehiculelor electrice, de la prima incercare de realizare a unui vehicul electric, pana in zilele noastre, pentru a stabili locul pe care il ocupa cecretarile din acest domeniu si, de asemenea, pentru a pune in evidenta si tendintele actuale. In cadrul acestei prezentari, care se refera la vehiculele electrice, vehiculele hibride electrice si la cele cu pile de combustie, s-au analizat si anumiti factori care au intarziat dezvoltarea acestora si introducerea lor pe scara larga. Capitolul al doilea prezinta tipurile constructive ale vehicului electric, caracteristicile sistemului de propulsie al vehicului si caracteristicile sistemului de actionare pentru propulsia vehicului. Avand in vedere ca motorul cu ardere interna si motorul electric reprezinta sistemele uzuale pentru propulsia vehiculelor, a foste necesara prezentarea caracteristicilor care influenteaza performantele si, in conscinta, care stau la baza procesului de proiectare a vehicului si a sistemului de actionare electrica. In capitolul al treilea sunt analizate principalele sisteme electrice de propulsie ale vehicului electric, incluzand sistemele de actionari electrice cu motoare de curent continuu, motoare de inductie, motoare de curent continuu fara perii cu magneti permanenti si motoare cu comutatie electronica cu reluctanta variabila - SRM. Acestea sunt prezentate din punctul de vedere al tractiunii electrice, punand in evidenta caracteristicile constructive, caracteristicile de functionare, modelele care stau la baza strategiilor de control analizate, modalitatile si tehnicile de control specifice (incluzand controlul vectorial al motorului de inductie si tehnici sensorless de estimare a parametrilor motorului de inductie, motorului de c.c. fara perii si motorului cu comutatie electronica cu reluctanta variabila). Astfel, sistemele de actionare electrica pentru aplicatii de tractiune electrica trebuie sa tina cont de faptul ca motoarele de propulsie trebuie sa functioneze cu porniri si opriri frecvente, sa aiba valori crescute ale acceleratiei/deceleratiei, sa asigure un cuplu mare la viteza mica, sa functioneze cu cuplu mic si viteza mare si sa aiba un domeniu de reglare a vitezei la putere constanta, cat mai mare. Sistemele de actionare cu motoare de c.c. pentru tractiune electrica se bazeaza pe utilizarea variatorului de tensiune continua (chopper) pentru alimentarea motorului electric. In consecinta, in prezentul studiu, referitor la masina de c.c., s-au prezentat principiile de functionare si strategiile de control ale sistemului motor de c.c. - chopper. Sistemele de actionare si metodele de reglare a vitezei-cuplului masinii de inductie au fost analizate tinand cont de caracterul surselor utilizate, de complexitatea modelului matematic al masinii si de caracterul sarcinii. Astfel, in domeniul vehiculelor electrice s-au propus mai multe solutii de comanda care se pot imparti in doua categori principale. O prima solutie pentru reducerea numarului de valori impuse, este aceea de a gasi o legatura intre doua marimi (tensiune statorica - frecventa statorica sau curent statoric - frecventa rotorica) pentru a regla indirect fluxul statoric si cuplul electromagnetic, legatura valabila in regim stabilizat. Aceasta metoda de reglare poarta numele de reglare scalara. A doua solutie utilizeaza caracterul vectorial al marimilor functionale, dand nastere metodelor de reglare vectoriala a masinii de inductie. Deoarece majoritatea aplicatiilor de tractiune electrica cu motoare de inductie se bazeaza pe asanumitul control vectorial sau cu orientare dupa camp s-a prezentat modelul detaliat al motorului utilizand teoria fazorilor spatiali reprezentativi. In cadrul sistemelor vectoriale de reglare, un loc important il ocupa sistemul denumit generic "Controlul vectorial direct al cuplului", fiind astfel prezentat in detaliu. O alta clasa care prezinta interes pentru propulsia vehicului electric, este reprezentata de sistemele de actionare cu motoare de c.c. fara perii cu magneti permanenti, datorita densitatii crescute de putere (utilizarea magnetilor de energie mare), a randamentului si a vitezei ridicate de functionare. Pe langa tehnicile conventionale de control, au fost analizate si tehnici de estimare si control sensorless. Nu in ultimul rand, o importanta tot mai mare o au si sistemele cu motoare cu comutatie electronica cu reluctanta variabila - SRM. Motorul cu comutatie electronica cu reluctanta variabila (cunoscut in limbajul tehnic si preluat si in limba romana ca Switched Reluctance Motor - SRM) este utilizat tot mai des in aplicatii de viteza variabila, datorita costului scazut, structurii constructive robuste, sigurantei in functionare cresute a invertorului, randamentului cresut pentru o gama foarte larga de viteza si, o relativa simplitate in control. Si in acest caz au fost detaliate cateva metode control sensorless pentru estimarea diferitilor parametri si pozitiei motorului eliminand in acest fel traductorul de pozitie. De asemenea, s-a pus in evidenta si functionarea convertorului de putere, acesta avand o structura si functionare specifica numai acestui tip de motor. Capitolul al patrulea prezinta cateva studii de caz privind vehiculele electice, prezentandu-se comparativ comparativ performantele ale unor vehicule electrice care au fost realizate incepand cu anii 1960. De asemenea au fost realizate comparatii intre behiculele electrice si vehiculele clasice punandu-se in evidenta avantajele/dezavantajele In capitolul al cincilea sunt prezentate aspectele principale privind aplicarea Inteligentei Artificiale la sistemele de actionare electrica. S-au facut comparatii intre controlul inteligent si controlul asazis clasic, luand-se apoi in discutie tehnica de control cu logica fuzzy, aceasta fiind una dintre cele sase tehnologii de Inteligenta Artificiala. A fost prezentat modul de aplicare al tehnicii de control cu logica fuzzy pentru sistemul de reglare a motorului de inductie cu "Controlul vectorial direct al cuplului" (sistem analizat in detaliu in capitolul al treilea), fiind detaliat algoritmul si modul de alegere a variabilelor lingvistice de control pentru acest sistem particular de reglare a cuplului motorului de inductie. Rezultatele experimentale comparative (sistemul clasic si sistemul cu logica fuzzy) au scos in evidenta raspunsuri dinamice imbunatatite pentru sistemul cu cu logica fuzzy, demonstrandu-se astfel faptul ca Inteligenta Artificiala are un potential crescut si pentru aplicatii de actionari electrice.

Inapoi

Ultima actualizare: 06 Aprilie 2007