Олейников_ССПС_2019

1. СИНЕРГЕТИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ СИСТЕМОЙ МОТОР-КОЛЕСО-ДОРОЖНОЕ ПОКРЫТИЕ ЭЛЕКТРОМОБИЛЯ

Докладчик:
Олейников Константин Анатольевич
9-я Всероссийская научная конференция
"Системный синтез и прикладная синергетика»,
Нижний Архыз, 24-27 сентября 2019 г.

2.

Перспективы развития электромобилей
Рисунок 1 – Динамика роста электромобилей

3.

Устройство электромобиля
Рисунок 2– Структурная схема электромобиля

4.

Система мотор-колесо
Рисунок 3 – Система мотор колесо

5.

Система мотор-колесо
Рисунок 4 – SLS AMG Coupé Electric Drive
Четыре синхронных электродвигателя - 552 кВт (750 л.с.)
Максимальный крутящий момент 1000 Н•м.
Каждый мотор весит 45 кг и раскручивается до 13 000 об/мин.
Разгон до 100 км/ч за 3,9 с.

6.

Преимущества системы мотор-колесо
Динамика: Высокий крутящий момент даже на низких оборотах
Маневренность за счет возможности различной скорости вращения всех
колес;
Повышенный общий КПД за счет меньшей массы.
Повышенная курсовая устойчивость и проходимость за счет изменения
крутящего момента и мощности двигателя
Недостатки системы
Необходимость создания сложной системы управления
взаимокоординирующей и эффективной работы всех МК;
Сложность при ремонте, деформации, выхода из строя одного из
МК для всей системы;
Дороговизна и сложность обслуживания
для

7.

Математическая модель двигателя
Асинхронный двигатель с
короткозамкнутым ротором
rr Lmisy2
disx Lm rr r − (rr L2m + rs L2r )isx + L2r usx
=
+ wr isy +
;
dt
Lr L
Lr r
disy
dt
=−
Lm rr wr r − (rr L2m + rs L2r )isy + L2r usy
Lr L
d r rr Lm
r
=
isx − r r ;
dt
Lr
Lr
dwr pmLm
M
=
r isy − c .
dt
2 Lr J
J
rL i i
− wr isx − r m sx sy ;
Lr r

8.

Процедура синтеза синергетического регулятора
Задачи стабилизации скорости частоты ротора и потокосцепления
1-я пара макропеременных:
1 = isx − 1;
2 = isy − 2 ,
Основные функциональные уравнения:
d 1
+ 1 = 0;
dt
d
T2 2 + 2 = 0.
d 3
+ 3 = 0;
dt
d
T4 4 + 4 = 0.
3 = r − r0 ;
T3rr r − Lr r + r0 Lr
1 =
;
T3rr Lm
4 = wr − w .
Lr J ( wr − wr0 )
2 = −2
.
T4 pmLm r
T1
dt
d r rr Lm
r
=
1 − r r ;
dt
Lr
Lr
dwr pmLm
=
r 2 .
dt
2 Lr J
0
r
T3
dt

9.

Моделирование системы
Компьютерное моделирование без нагрузки на вал двигателя (Mc=0)
Проекции токов
Потокосцепление
Проекции напряжений
Угловая частота ротора

10.

Силы, действующие на электромобиль
Сила тяги FT
Аэродинамическая сила Faero
Сила сопротивления качению Rz
Уравнение моментов сил относительно точки равновесия (середина пятна контакта шины с дорогой):
Px rk = Rz c.

11.

Динамика колеса
Продольная сила, необходимая для равномерного движения колеса:
Px = Rz
c
,
rk
c
- коэффициент сопротивления качению k r
rk
Для определения коэффициента сопротивления качению k r
в зависимости от скорости V можно использовать следующую формулу:
V2
kr = kr 0 (1 +
),
1500
kr 0 - коэффициент сопротивления качению движения электромобиля с
относительно небольшой скоростью. Таблица значений данных
сопротивления качению представлены в таблице 1.
Момент сопротивления качению M с = kr Gk r.

12.

Динамика колеса
Таблица 1 – Значения усредненных коэффициентов сопротивления качению
Тип дорожного
покрытия
Коэффициент сопротивления
качению
Асфальт
0.007 … 0.015
Гравий
0.020 … 0.025
Булыжная дорога
0.025 … 0.030
Грунт
0.100 … 0.250
Песок
0.060 … 0.150
Снег
0.030 … 0.050
Лёд, обледенелая
дорога
0.150 … 0.030
Промоделируем систему с параметрами дороги: лед: kr0=0.15

13.

Моделирование с нагрузкой
Проекции токов
Проекции напряжений
Потокосцепление
Угловая частота ротора

14.

Моделирование с использованием принципа
Интегральной адаптации
Под возмущениями будем учитывать кусочно-постоянные возмущения
вида M isup (t ) = M i 0 sign (t ), где M i 0 = const - случайное изменение величины,
а (t ) - знакопостоянная функция
rr Lmisy2
disx Lm rr r − (rr L2m + rs L2r )isx + L2r usx
=
+ wr isy +
;
dt
Lr L
Lr r
disy
dt
=−
Lm rr wr r − (rr L2m + rs L2r )isy + L2r usy
d r rr Lm
r
=
isx − r r ;
dt
Lr
Lr
dwr pmLm
=
r isy − z1;
dt
2 Lr J
dz1
= 1 ( wr − wr0 ),
dt
Lr L
rL i i
− wr isx − r m sx sy ;
Lr r

15.

Моделирование с использованием принципа
Интегральной адаптации
Декомпозированная система:
d r rr Lm
r
=
1 − r r ;
dt
Lr
Lr
dwr pmLm
=
r 2 ;
dt
2 Lr J
dz1
= 1 ( wr − wr0 ).
dt
4 = wr − wr0 + z1.
Угловая частота ротора при = 0.05
Угловая частота ротора при = 1

16.

Моделирование с использованием принципа
Интегральной адаптации
Проекции токов
Проекции напряжений
Потокосцепление
Угловая частота ротора

17.

Синтез энергосберегающего регулятора
Для оценки магнитных потерь используется усредненная формула:
f Ф
P = Pnom
,
f
Ф
nom nom
1
2
c
3 = M (
k1 , k2 , k3
данные двигателя и характеристик его
электромагнитных цепей.
k1 =
Rя
P
2
;
k
=
R
k
;
k
=
2
в Ф
3
c2
314 Фн2
k1
),
k2 + k3
Энергетический инвариант

18.

Моделирование энергосберегающего регулятора
Для асфальтобетонной дороги kr0=0.015
Угловая частота
Потокосцепление
Проекции токов
Напряжение на статоре
Моменты
КПД двигателя

19.

Синтез регулятора контроля тяги МК
Fsc - сила, которая препятствует скольжению колеса. Она зависит не только
от скорости движения автомобиля V, но и но также и от скорости скольжения
колёс Vsc. относительно поверхности дороги. В случае превышения тягой
максимального значения возникают процессы боксования – сильное
проскальзывание