Ανάπτυξη συστήματος προβλεπτικού ελέγχου ταχύτητας για κινητήρα μόνιμων μαγνητών ηλεκτρικού οχήματος - Aλεξάνδρου, Αλέξανδρος (Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών, 2015)
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.