Грант РФФИ №18-08-00924

Название проекта

Разработка теоретических основ построения иерархических систем управления силовыми установками электромобилей

Срок выполнения

2018-2020 гг.

Руководитель проекта

Попов А.Н. – к.т.н., доцент, зав. каф. синергетики и процессов управления ЮФУ

Исполнители проекта

Колесников А.А.

Кузьменко А.А.

Радионов И.А.

Олейников К.А.

Калий Д.С.

Мушенко А.С.

Адиняев В.А.

Аннотация

Проект направлен на решение актуальной научной проблемы, связанной с разработкой теоретических основ построения эффективных систем управления силовыми установками транспортных средств на электрической тяге. Основная доля исследований будет посвящена разработке процедур синтеза автоматических регуляторов для управления процессами преобразования и потребления энергии в силовых установках современных и перспективных электромобилей и создания соответствующей алгоритмической базы. Разработанные алгоритмы управления должны обеспечивать реализацию заданных режимов движения транспортного средства в недерминированных условиях внешней среды и максимальную эффективность электромеханического преобразования энергии в его тяговом электроприводе. Силовую установку электромобиля предлагается рассматривать как нелинейную взаимосвязанную систему, управление которой должно осуществляться с учетом координации процессов, происходящих на разных уровнях иерархии. Предполагается задействовать подходы, опирающиеся на учет естественной нелинейной динамики управляемых систем, использование соответствующих энергетических закономерностей в качестве критериев управления и применение методов современной теории системного синтеза..

Цель и задачи Проекта

 

Цель фундаментального исследования: разработка теоретических и алгоритмических основ построения эффективных систем иерархического управления силовыми установками электромобилей.

 

Задачи исследования:

 

1. Анализ процессов преобразования и потребления энергии в силовых установках автономных транспортных средств на электрической тяге

 

2. Разработка алгоритмов формирования тяги электромобиля в автоматических режимах разгона, торможения и поддержания скорости.

 

3. Разработка алгоритмов автоматического управления тяговой силовой установкой на базе электроприводов переменного тока, обеспечивающих необходимые характеристики движения и минимизацию потерь энергии.

 

4. Синтез нелинейных регуляторов для управления преобразователями электрической энергии при решении задач питания электроприводов, рекуперации энергии при торможении, зарядки и разрядки аккумуляторных батарей.

5. Разработка иерархической системы управления силовой установкой электромобиля.

Ожидаемые результаты научного исследования

 

1. Математические модели, адекватно описывающих динамику элементов силовых установок электромобилей и их взаимодействие в общей структуре иерархической системы. Предполагается использовать математические модели электрических машин, учитывающих нелинейные эффекты и взаимосвязь каналов управления. Также будут использованы модели, описывающие динамику силовых преобразователей и процессы в контакте «колесо-путь».

 

2. Адаптивные алгоритмы формирования тяги с учетом взаимодействия колес и дорожного полотна. Предполагается решение задач автоматического разгона, торможения и поддержания заданной скорости с оценкой и генерацией требуемого тягового момента в условиях меняющегося сцепления колес с дорожным полотном

 

3. Методика синтеза энергосберегающих регуляторов для управления силовой установкой электромобиля. Методика будет основываться на общих принципах синергетического подхода в теории управления; учитывать структуру взаимосвязанного математического описания тягового электропривода (силовые преобразователи - электрический двигатель - дорожное полотно); определять общую стратегию синтеза энергосберегающих регуляторов.

 

4. Алгоритмы энергосберегающего управления тяговым электроприводом электромобиля. Эти алгоритмы будут представлять однозначные математические зависимости значений управляющих переменных от значений переменных состояния (совокупность обратных связей) и должны обеспечивать: заданные характеристики движения электромобиля (например, стабильную скорость); минимизацию суммарных потерь энергии в электрическом двигателе во всем рабочем диапазоне механической нагрузки; компенсацию внешних возмущений со стороны дорожного полотна и параметрической нестабильности.

 

5. Алгоритмы управления преобразователями электрической энергии при решении задач формирования заданных напряжений и частоты при питании тяговых электродвигателей, рекуперации энергии при торможении, зарядке и разрядке аккумуляторных батарей.

6. Алгоритмы иерархического управления силовыми установками электромобилей для решения задач координации взаимодействия элементов системы и распределения энергетических потоков при изменении режимов движения транспортного средства.

Публикации

1.     Кузьменко А.А. Адаптивное управление проскальзыванием колеса электромобиля // Информатика и системы управления. – 2018. – №3(57). – С. 104-114.

2.     Колесников А.А., Калий Д.С., Радионов И.А., Якименко О.И. Синергетическая система управления гибридной силовой установкой // Мехатроника, автоматизация, управление. – 2018. – Том 19, №.10, 2018. – С. 627-632. 

3.   Колесников А.А., Калий Д.С., Радионов И.А., Якименко О.И. Синтез системы управления гибридной силовой установкой // Современная наука и инновации. – 2018.– №3 (23). – С. 19-28.

4.   Калий Д.С. Построение математической модели гибридной силовой установки // Труды IV Всероссийской научно-технической конференции «Фундаментальные и прикладные аспекты компьютерных технологий и информационной безопасности»

5.     Олейников К.А., Адиняев В. А. Траекторное управление электромобилем с использованием RRT алгоритма планирования движения в условиях городской среды // Инженерный вестник Дона. – 2018. – №4 (2018) –ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2018/5449

6.     Kolesnikov A.A., A.A. Kuzmenko A.A. The use of ADAR method and theory of optimal control for optimal control systems synthesis // Proceedings of IEEE Northwest Russia Conference on Mathematical Methods in Engineering and Technology (ММEТ NW 2018), 10-14 September 2018, Saint-Petersburg, Russia.

7.     Ivan A. Radionov, Alexey S. Mushenko Estimation of Components of Rotor Flux Linkage Vector for Asynchronous Electric Drive// Proceedings of 2018 International Russian Automation Conference (RusAutoCon 2018).

8.     Popov A.N. Energy-saving Regulators for Asynchronous Electric Drive Vector Control Systems: Design Procedure and Adaptive Control// Proc. of 2019 26th International Workshop on Electric Drives: Improvement in Efficiency of Electric Drives, IWED 2019.

9.     Колесников А.А., Кузьменко А.А. Использование принципа интегральной адаптации для построения робастного управления проскальзыванием колеса электромобиля // Мехатроника, автоматизация, управление, т. 20, № 7. 2019. С. 412-416.

10.     Попов А.Н. Синергетический синтез регуляторов для систем векторного управления асинхронным двигателем электромобиля // Сборник научных трудов  IX Всероссийской научной конференции «Системный синтез и прикладная синергетика», Ростов-на-Дону – Таганрог: Издательство Южного федерального университета, 2019. С. 41-50.

11.     Олейников К.А. Синергетическое управление системой мотор-колесо-дорожное покрытие электромобиля // Сборник научных трудов  IX Всероссийской научной конференции «Системный синтез и прикладная синергетика», Ростов-на-Дону – Таганрог: Издательство Южного федерального университета, 2019. С. 90-101.

12.     Попов А.Н. Синтез энергоэффективных регуляторов для систем векторного управления асинхронным двигателем силовой установки электромобиля // Сборник трудов III Международной научной конференции по проблемам управления в технических системах (СTS'2019). СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ». С. 102-105.

13.     Олейников К.А. Синергетический синтез алгоритмов энергосберегающего управления движением электромобиля // Сборник трудов III Международной научной конференции по проблемам управления в технических системах (СTS'2019). СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ». С. 94-97.

14.     Калий Д.С., Колесников А.А., Якименко О.И. Энергоэффективное управление синхронным двигателем с постоянными магнитами // Сборник трудов III Международной научной конференции по проблемам управления в технических системах (СTS'2019). СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ». С. 41-44.

15. Олейников К.А. Синергетическое управление преобразователями энергии в системе электромобиля // Инженерный вестник Дона, 2019, №9. http://www.ivdon.ru/ru/magazine/archive/N9y2019/6204

16. Kuz'menko A.A. Estimation of Tire Traction of an Electric Vehicle: Synergetic Observer // Proceedings of 2020 International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing (ICIEAM), Sochi, Russia, 2020, pp. 1-5, doi: 10.1109/ICIEAM48468.2020.9111911.

17. Kolesnikov A.A., Kuz'menko A.A. Use of ADAR method and theory of optimal control for engineering systems optimal control // Proceedings of 2020 International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing (ICIEAM), Sochi, Russia, 2020, pp. 1-5, doi:  10.1109/ICIEAM48468.2020.9111878.

18. K. Oleinikov, "Synthesis of for Adaptive Control of Synchronous Motor for Electric Vehicle," 2020 International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing (ICIEAM), Sochi, Russia, 2020, pp. 1-6, doi: 10.1109/ICIEAM48468.2020.9112088.  https://ieeexplore.ieee.org/document/9112088

19. K. Oleinikov and E. Shilenko, "Nonlinear Control of Traction in Asynchronous Electric Drive of an Electric Vehicle," 2020 27th International Workshop on Electric Drives: MPEI Department of Electric Drives 90th Anniversary (IWED), Moscow, Russia, 2020, pp. 1-6, doi: 10.1109/IWED48848.2020.9069560.
https://ieeexplore.ieee.org/document/9069560

20. Адиняев В.А., Попов А.Н. Разработка системы энергосберегающего управления силовой установкой электромобиля с тяговым асинхронным двигателем // Инженерный Вестник Дона. – 2020. – № 12. – http://www.ivdon.ru/ru/magazine/archive/n12y2020/6727

21. Олейников К.А. Синтез векторной системы управления двигателем электромобиля с прямым регулированием момента // Инженерный Вестник Дона. – 2020. – № 12. – http://www.ivdon.ru/ru/magazine/archive/n12y2020/6738