Системы управления электроприводами гибридных транспортных средств
Системы управления электроприводами гибридных транспортных средств
Тезисы доклада Виноградова А.Б. на конференции «Силовая электроника-2008»
Рассмотрена общая структура построения систем управления гибридными транспортными средствами, включающая
- контроллер верхнего уровня (КВУ),
- контроллеры управления силовыми преобразователями тяговых асинхронных двигателей и мотор-генератора (СП ТАД и СП МГ),
- контроллер управления двигателем внутреннего сгорания (ДВС),
- панель управления и индикации (пульт водителя),
- сервисную вычислительную систему (СВС),
- контроллеры других устройств транспортного средства (блоков электрического торможения, GPS, буферного накопителя, вентиляции, гидравлики и т.д.).
Рассмотрены задачи, решаемые отдельными элементами системы управления и организация их взаимодействия друг с другом. Связь между контроллерами осуществляется по шине CAN.
Рассмотрены особенности построения систем управления силовыми преобразователями ТАД и МГ, а именно:
- требование оптимизации управления по критерию минимизации потерь в силовом электрооборудовании транспортного средства приводит к необходимости широкого диапазона регулирования потокосцепления электрических машин (ТАД и МГ), практически от нуля в режиме холостого хода привода до существенного перемагничивания в режимах работы с предельным моментом;
- решение задачи оптимизации энергетических показателей силового электрооборудования решается с учетом заданных статических и динамических показателей регулирования, а также ограничений на выходное напряжение и выходной ток силовых преобразователей. При этом ограничение на выходное напряжение может изменяться в широких пределах в зависимости от уровня напряжения в звене постоянного тока.
- тяговые электроприводы должны обеспечивать широкий диапазон регулирования скорости за счет ослабления поля при постоянстве выходного напряжения (не менее 5);
- широкий диапазон изменения потокосцепления электрических машин и рабочих температур приводит к значительным вариациям их электромагнитных параметров, что предполагает наличие алгоритмов адаптации системы управления к этим изменениям в реальном времени работы системы;
- система измерения скорости/положения получает исходную информацию с достаточно грубого датчика (зубчатого колеса с небольшим числом зубцов), что предполагает наличие специальных алгоритмов обработки сигналов, поступающих с датчика, на основе построения наблюдателей состояния механической части привода. Эта проблема дополнительно усугубляется большим абсолютным значением и изменением момента инерции ТАД в зависимости от загрузки транспортного средства.
- к задачам системы управления относится также реализация всевозможных специальных режимов работы транспортного средства, в частности: режима «парковка», предполагающего наличие функции позиционирования привода; режима «круиз-контроль», предполагающего функцию стабилизации заданного уровня скорости; режимов антибуксования и антиюза; алгоритмов работы в аварийных режимах и их диагностики.
Рассмотрены варианты построения моментного контура приводов ТАД и МГ на основе алгоритмов векторного и частотного управления. На примере построения системы управления комплектом тягового электрооборудования маршрутного автобуса рассмотрены структура, характеристики, временные диаграммы работы приводов в типовых режимах работы.