автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Развитие теории и методы повышения энергоэффективности однодвигательных тяговых электроприводов автотранспортных средств

На правах рукописи

Нгуен Куанг Тхиеу

РАЗВИТИЕ ТЕОРИИ И МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ ОДНОДВИГАТЕЛ ЬНЫХ ТЯГОВЫХ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ АВТОТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ

Специальность 05.09.03 - Электротехнические комплексы и системы

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

1 2 ИЮЛ 2012

Москва-2012

005046422

005046422

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Московский государственный машиностроительный университет (МАМИ) /Университет машиностроения/»

Научный консультант: доктор технических наук, профессор

Овсянников Евгений Михайлович

Официальные оппоненты: Иньков Юрий Моисеевич

доктор технических наук, профессор, профессор каф. «Электрическая тяга» МГУПС (МИИТ)

Кулифеев Юрий Борисович доктор технических наук, профессор, профессор каф. 301 «Системы автоматического и интеллектуального управления» ФГБОУ ВПО «МАИ (НИУ)»

Ютт Владимир Евсеевич доктор технических наук, профессор, заведующий каф. «Электротехника и электрооборудование» ФГБОУ ВПО «МАДГТУ (МАДИ)»

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «НИУ МЭИ»

Защита диссертации состоится 27.09.2012 г. в 14-00 на заседании диссертационного совета Д 212.140.01 при ФГБОУ ВПО «Московский государственный машиностроительный университет (МАМИ) /Университет машиностроения/» по адресу: 107023 г. Москва, ул. Б. Семеновская, 38, ФГБОУ ВПО «МГМУ (МАМИ) /Университет машиностроения/», ауд. Б-304.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ФГБОУ ВПО «Московский государственный машиностроительный университет (МАМИ) /Университет машиностроения/».

Автореферат разослан 26 июня 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Ю.С. Щетинин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Вредные вещества отработавших газов автомобилей наносят огромный ущерб здоровью людей и окружающей среде. Кроме того, существует угроза энергетического кризиса, поскольку запасы нефтепродуктов ограничены. Радикальное решение эколого-экономических проблем, обусловленных автотранспортными средствами (АТС), заключается в создании принципиально новых типов АТС, обеспечивающих существенное снижение расходов топлива и токсичных выбросов двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Такими АТС в настоящее время признаны стать автомобили с тяговым электроприводом (ТЭП) и с комбинированной энергоустановкой (КЭУ), состоящей из основного источника энергии - ДВС или электрохимического генератора, и бортовых накопителей энергии различной физической природы, таких как тяговая аккумуляторная батарея (ТАБ), емкостный накопитель энергии (ЕНЭ) и т.п.

Идеология снижения расходов топлива и вредных веществ ДВС известна: он должен работать в установившихся режимах или в идеальном случае - на характеристике минимальных удельных расходов топлива. Движение автомобиля при «пиковых» динамических нагрузках, что характерно для городских условий, обеспечивается ТЭП, питаемым, в основном от ТАБ с ограниченной энергоемкостью и мощностью. Следовательно, обеспечение высоких технико-эксплуатационных свойств, таких как энергетическая эффективность, быстродействие, надежность ТЭП, играет ключевую роль при создании новых видов городских АТС.

Вопросами создания и исследования АТС с КЭУ в разное время занимались и занимаются такие ученые, как Ефремов И.С., Бахмутов C.B., Гулиа Н.В., Изосимов Д.Б., Каменев В.Ф., Ксеневич И.П., Кустарев Ю.С., Кутенев В.Ф., Петленко Б.И., Селифонов В.В., Умняшкин В.А., Филькин Н.В., Эйдинов A.A., ЮттВ.Е., Яковлев А.И. и многие другие.

Вопросам разработки и совершенствования ТЭП транспортных средств, направленных на повышение эффективности их функционирования, посвящено достаточное количество работ. Значительный вклад в решение общих проблем энергосбережения электроприводов (ЭП), синтеза систем управления ЭП, совершенствования КЭУ, обеспечивающих эффективное функционирование транспортных средств внесли Российские и мировые ученые различных научных школ: Аносов В.Н., Браславский ИЛ., Буг Д.А., Ефремов И.С., Ивоботенко Б.А., Ильинский Н.Ф., Иньков Ю.М., Исаев И.П., Лохнин В.В., Петленко Б.И., Пролы-гин А.П., Ротанов H.A., Феоктистов В.П., Шрейнер Р.Т., Щуров Н.И, Ютт. В.Е., Blaschke F., Bose Bimal К., Depenbrock M., Holtz Joachim, Kazmierkowski M.P., Lipo Thomas A., Lorenz R.D., Noguchi T., Takahashi I. и др.

В разработке и создания АТС с КЭУ принимают активное участие ОАО «АвтоВАЗ», ОАО «УАЗ», ОАО «КамАЗ», ОАО «ИжМаш», ФГУП «НАМИ», ФГУП «НИИАЭ», ОАО НПП «КВАНТ», МГТУ «МАМИ», МАДГТУ (МАДИ), НИУ МЭИ, Новосибирский электротехнический университет, и другие производственные и научно-исследовательские организации.

Несмотря на большое количество работ, посвященных созданию АТС ТЭП, вопросы теоретических и практических исследований, направленных разработки эффективных систем управления ТЭП, обеспечивающих высок технико-эксплуатационные показатели новых видов АТС, не получили дост точного развития. Это связано с тем, что создание таких АТС являются оснс ным современным направлением исследования и разработок всех мировых а томобилестроителей. Производители зачастую «закрывают» научную информ цию о созданной продукции, что затрудняет дальнейшее совершенствован] АТС с тяговым электроприводом.

Таким образом, в настоящее время улучшение эксплуатационных свойс новых видов городских АТС с ТЭП является научной проблемой, а научн исследовательские и практические работы, направленные на решение данш проблемы, актуальны.

В диссертационной работе рассмотрены два возможных пути повышен] энергетической эффективности, быстродействия и надежности однодвигател ных ТЭП городских АТС.

Первым из них является рационализация процессов энергопреобразов ния в тяговой системе городских АТС, что позволяет предельно эксплуатир ватъ ТЭП по перегрузочной способности при минимально возможных потеря Данный путь требует совершенствования методов управления ТЭП для эффе тивной эксплуатации привода при реализации больших возможностей совр менных микропроцессорных средств управления.

Второй путь заключается в применении источников и накопителей эне] гии различной физической природы для повышения объема, вырабатываемо или накапливаемой, электроэнергии на борту автомобиля. В частности, до стран с благоприятным условием солнечного освещения, имеется возможное! использования солнечной энергии на АТС для восстановления части энерги! израсходованной ТАБ на обеспечение движения автомобиля.

Цель диссертационной работы: улучшение эксплуатационных свойств ai тотранспортных средств с тяговым электроприводом путем усовершенствов; ния тяговых электроприводов, комбинированных энергетических установок способов их управления.

Задачи исследования:

1. Анализ путей улучшения эксплуатационных свойств АТС с ТЭП.

2. Разработка уточненных математических моделей короткозамкнутого асш хронного двигателя (АД) с учетом потерь в стали, позволяющих повысить то* ность моделирования процессов энергопреобразования в ТЭП.

3. Обоснование и решение задач управления ТЭП на базе АД и синхронного дон гателя с постоянными магнитами (СДПМ) по критериям минимума потерь и м ai симума перегрузочной способности, как основным критериям оптимальности.

4. Разработка систем прямого управления моментом (ПУМ) АД и СДПМ с пга ротно-импульсной модуляцией (ШИМ) питающего напряжения (систем ПУГУ ШИМ).

5. Разработка наблюдающих устройств для динамической идентификации параметров АД, электрических, электромагнитных переменных величин асинхронным тяговым электроприводом (АТЭП), необходимых для функционирования их систем ПУМ-ШИМ и решения задачи повышения отказоустойчивости ТЭП.

6. Разработка рациональных схем управления АТЭП АТС при нарушении работоспособности различных видов датчиков.

7. Разработка универсальных систем формирования задающих воздействий для контура регулирования момента тяговых электродвигателей (ТЭД) с учетом ограничений зарядно-разрядных токов и напряжений ТАБ.

8. Разработка специализированной математической модели солнечной батареи, позволяющей повысить универсальность моделирования тяговой системы АТС при достаточной точности для инженерных расчетов.

9. Разработка математических и компьютерных моделей систем тягового привода (СТП) АТС с ТЭП, позволяющих провести комплексное исследование взаимосвязей, процессов и технико-эксплуатационных свойств таких транспортных средств.

10. Реализация разработанных методик исследования в виде комплекса программных средств на ПЭВМ.

11. Проведение экспериментальных исследований, подтверждающих адекватность разработанных теоретических положений.

12. Разработка научно-обоснованных рекомендаций практического применения полученных результатов исследований.

Методы исследования.

При выполнении диссертационной работы использованы методы теории электрических машин, теории электропривода, теории автоматического управления, теории автомобиля, теории электрической тяги, метод структурного моделирования сложных динамических объектов.

Исследования проводились с применением пакета прикладного программирования Ма^аЬ-БипиПпк, языка программирования С++. Основные теоретические результаты работы подтверждены экспериментальными исследованиями.

Достоверность полученных результатов исследования определяется корректностью поставленных задач, обоснованностью принятых допущений, адекватностью используемого математического аппарата и полученных моделей исследуемых процессов. Обоснованность основных выводов и рекомендаций подтверждена экспериментальными испытаниями и внедрением в практику предложенных технических решений. Результаты расчетов и математического моделирования систем тягового привода АТС с ТЭП и КЭУ удовлетворительно совпадают с результатами стендовых испытаний автомобиля УАЭ-3153 «МАМИ» с гибридной силовой установкой (ГСУ), асинхронного электропривода с прямым управлением моментом, стартер-генераторного устройства (СГУ) на базе вентильно-индукторной машины (ВИМ), разработанной ФГУП НИИАЭ, и КЭУ, включающей ТАБ и ЕЮ.

5

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Совокупность математических и компьютерных моделей СТП АТС с ТЭП и КЭУ, позволяющих проводить комплексные исследования электромагнитных, электромеханических процессов в ТЭП на базе АД СДПМ, ВИМ, интегральных показателей КЭУ и технико-эксплуатационных свойств АТС в целом.

2. Системы прямого управления моментом АД и СДПМ с широтно-импульсной модуляцией питающего напряжения.

3. Методика управления асинхронным тяговым электроприводом по критериям минимума потерь и максимума перегрузочной способности.

4. Универсальные системы автоматического формирования задающих воздействий для контура регулирования момента ТЭД с учетом ограничений за-рядно-разрядных токов и напряжений ТАБ.

5. Концепцию повышения отказоустойчивости системы управления АТЭП при нарушении работоспособности различных видов датчиков в системе.

6. Результаты экспериментальных исследований и моделирования электромагнитных, электромеханических процессов в СТП автомобиля с ГСУ параллельного типа, в асинхронном электроприводе с ПУМ-ШИМ, в вентильно-индукторном стартер-генераторном устройстве, их основных топливно-энергетических показателей; научно-обоснованные рекомендации по дальнейшему повышению топливной экономичности ГСУ.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Разработана методика ПУМ-ШИМ АД в произвольной ортогональной вращающейся системе координат и СДПМ в системе координат, связанной с ротором. Реализация по предложенной методике системы управления (СУ) АД в неподвижной системе координат, связанной со статором, позволяет упростить структуру СУ электроприводом, снизить объем вычислений для управляющих микропроцессоров. Установлено, что ТЭП на базе АД и СДПМ с предложенной методикой ПУМ-ШИМ имеют:

- более высокие энергетические показатели по сравнению с ТЭП, управляемыми классическими системами скалярного управления, системами ПУМ с гистерезисными регуляторами момента и потокосцепления статора;

- высокую динамику и высокую точность регулирования момента и магнитного потока, что позволяет эффективно реализовать оптимальные законь управления ТЭП с учетом ограничений ресурса силовых агрегатов привода.

Положительные качества разработанных систем ПУМ-ШИМ в общеи итоге позволяет повысить энергоэффективность ТЭП переменного тока.

2. Разработаны универсальные системы формирования задающих воздействиГ для контура регулирования момента ТЭД при ограничениях зарядно разрядных токов и напряжений ТАБ, что позволяет эффективно контролиро вать за состоянием последней и повысить срок ее службы.

3. Предложена концепция повышения отказоустойчивости АТЭП путем ком бинирования их рациональных систем управления (частотно-токового, век

торного, ПУМ-ШИМ) при отказе различных видов датчиков. При нарушении работоспособности измерительных средств необходимые информации для управления электроприводом восстанавливаются комплексом наблюдающих устройств, разработанных на основе метода скоростного градиента. Данная концепция может быть распространена на ТЭП с СДПМ.

4. Разработана математическая модель солнечной батареи (СБ), адаптированная к транспортным условиям эксплуатации, с учетом изменения скорости движения АТС, освещенности и температуры окружающей среды.

5. Разработана уточненная математическая модель АД с учетом потерь в стали, отличающаяся уменьшением числа параметров по сравнению с моделью, основанной на традиционной Т-образной схеме замещения. Предложенная модель АД позволяет повысить точность моделирования электромагнитных процессов в ТЭП, эффективно решить задачи определения оптимальных законов управления статическими режимами работы АД, упростить задачу идентификации их параметров.

6. Разработан комплекс математических и компьютерных моделей СТП АТС, состоящих из различных типов источников/накопителей энергии (ДВС, ТАБ, ЕНЭ, СБ), электрических машин (АД, СДПМ, ВИМ). В компьютерных программах вложены рациональные методы управления ТЭП, что позволяет оценить их интегральные показатели при различных способах управления.

7. Разработаны научно-обоснованные рекомендации по повышению топливно-энергетических показателей ГСУ параллельного типа.

Практическая ценность работы заключается в решении научно-технической проблемы улучшения эксплуатационных свойств АТС путем создания новых эффективных способов управления ТЭП переменного тока, поиска средств увеличения доли участия ТЭП в обеспечении движения транспорта.

Внедрение в практику проектирования и создания АТС полной массой до 3,5 тонн разработанных моделирующих алгоритмов и компьютерных программ сокращает сроки и стоимость опытно-конструкторских работ по разработке систем тягового привода АТС.

Разработанная система отказоустойчивости асинхронного ТЭП с наблюдающими устройствами, построенными на основе метода скоростного градиента, повышает надежность АТС.

Материалы диссертационной работы используются в учебном процессе для студентов вузов, обучающихся по специальностям «Электроприводы и системы управления электроприводов» и по направлению «Электротехника, электромеханика и электротехнология», а также для аспирантов по специальности 05.09.03 «Электротехнические комплексы и системы».

Совокупность полученных теоретических и практических результатов создает объективные предпосылки для расширения области применения и внедрения в практику проектирования разработанных способов управления ЭП с целью сбережения энергетических затрат, улучшения динамики и надежности электроприводов переменного тока.

Личный вклад автора заключается: в разработке методик прямого управления моментом ТЭП на базе АД и СДПМ, управления АТЭП по критериям минимума потерь и максимума перегрузочной способности с учетом ограничений на ресурсы силовых агрегатов электропривода; в разработке упрощенных математических моделей солнечной батареи, АД с учетом основных видов потерь; в разработке системы динамической идентификации параметров и переменных состояния АТЭП на основе метода скоростного градиента; в разработке математических и компьютерных моделей систем тягового привода АТС с однодвигательными ТЭП; в обосновании схемы ТЭП переменного тока, обеспечивающего высокое быстродействие, высокую точность регулирования момента при высокой энергетической эффективности и надежности привода.

Автор принимал непосредственное участие в разработке комплекса программных средств, проведении экспериментальных и вычислительных исследований по всем разделам диссертации.

Реализация результатов работы. Полученные результаты теоретических исследований по повышению технико-эксплуатационных показателей АТЭП, комплекс программных средств исследования их оптимальных рабочих режимов использованы при разработке системы ТЭП автомобиля УАЭ-3153, созданного МГТУ «МАМИ» совместно с ОАО НПП «Квант». Результаты работы также использованы при разработке автоматизированного электропривода для электроводородного генератора ЭВГ-3 в ОАО «ОМ ЭНЕРДЖИ Лтд», при разработке стартер-генераторных устройств для автомобилей массой до 3,5 тонн в ФГУП НИИАЭ, и в учебном процессе МГТУ «МАМИ». Практические реализации результатов работы подтверждены соответствующими актами.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы были представлены на научных конференциях и симпозиумах: Международном симпозиуме «Приоритеты развития отечественного автотракторостроения и подготовки кадров», г. Москва, 2000г.; 5-м Международном симпозиуме «Эл-маш-2004. Перспективы и тенденции развития электротехнического оборудования», г. Москва 2004; Всероссийской научно-технической конференции «Проблемы электротехники, электроэнергетики и электротехнологии», г. Тольятти, 2004; Международных научно-технических конференциях Ассоциации автомобильных инженеров России «Приоритеты развития отечественного автотракторостроения и подготовки инженерных и научных кадров», г. Москва 2005, 2007; Международном научном симпозиуме «Автотракторостроение - 2009», г. Москва, 2009; Международной научно-технической конференция Ассоциации автомобильных инженеров «Автомобиле- и тракторостроение в России: Приоритеты развития и подготовка кадров», г. Москва, 2010.

Публикация. По теме диссертации опубликовано 58 печатных работ, в том числе 1 монография и 20 статьей в рецензируемых научных журналах, входящих в Перечень ВАК РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы из 205 наименований, приложений. Работа содержит 236 страниц машинописного текста, 157 рисунков и 32 таблицы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении отражены актуальность работы, решаемая в диссертации научная проблема, сформулированы цель и задачи исследования, описаны методы исследований. Приведены основные положения, выносимые на защиту, изложены сведения о научной новизне, практической значимости, реализации и апробации работы.

Первая глава посвящена анализу путей улучшения эксплуатационных свойств городских АТС с ТЭП.

Развитие теории и практики производства автомобилей подтвердило их основные эксплуатационные свойства: тягово-скоростные и тормозные свойства, топливная экономичность, экологические показатели, управляемость, устойчивость движения, маневренность, проходимость, плавность хода, надежность. В современных автомобилях данные свойства обеспечивает сложная совокупность силовых агрегатов и вспомогательного оборудования, включая системы управления ими.

Основной целью применения ТЭП в составе тяговой системы городских АТС является исключение неблагоприятных режимов работы ДВС при низких частотах вращения его коленчатого вала, что естественно приводит к повышению топливной экономичности и экологичности автомобиля.

Можно отметить, что механические характеристики ТЭД, которые подлежат к управлению, напрямую влияют на эксплуатационные свойства автомобиля. Для улучшения тягово-скоростных, тормозных свойств, проходимости, маневренности автомобиля тяговые электродвигатели должны, при необходимости, развивать свои предельные значения момента и мощности во всех своих рабочих режимах с учетом существую щих ограничений на его ресурсы, а также ресурсы связанных с ним других агрегатов. Улучшение плавности хода возможно путем демпфирования электроприводом динамических нагрузок в трансмиссии АТС. Высокая динамичность и точность регулирования момента ТЭД позволяют повысить управляемость и устойчивость движения автомобиля. Независимо от своих рабочих режимов необходимо обеспечить минимально возможные потери в ТЭД и источниках электропитания (ИЭП) для повышения энергетической эффективности самого тягового электропривода.

Таким образом, для улучшения эксплуатационных свойств городских АТС следует совершенствовать ТЭП по следующим направлениям:

- применить ТЭД и их ИЭП с высокими энергетическими, динамическими характеристиками и надежностью;

- построить высококачественные системы управления ТЭП, удовлетворяющие требованиям: высокому быстродействию и высокой точности регулирования момента; предельной эксплуатации электропривода по моменту, мощности при высокой энергетической эффективности и надежности.

В соответствии с вышеотмеченными требованиями к ТЭП основными критериями, рассматриваемыми в диссертации, являются критерии оптимальности по быстродействию, точности регулирования момента, минимуму потерь,

9

минимуму удельных расходов энергии ИЭП, максимуму момента при действующих в приводе ограничениях по магнитному потоку, току и напряжению всех силовых агрегатов системы.

Предлагается решить задачу повышения энергетической эффективности ТЭП по двум аспектам:

- определить закон управления, обеспечивающий условие минимума суммарных потерь мощности ТЭП в квазистатических режимах;

- отыскать способ управления для снижения динамических потерь в приводе.

На основе анализа перспективных направлений совершенствования ТЭП АТС обоснована обобщенная структура однодвигательных ТЭП переменного тока на базе АД и СДПМ, позволяющая реализовать вышеотмеченные требования (рис. 1).

_

СУ АТС К 1

о> PC ФЗМ

м

Опта »газатор

М

ИЭП

РМ

РП

тэд

пч

¥

м-

НУ

к

т

| Колеса |' > | Тр»исынссия |

Рис. 1. Обобщенная функциональная схема системы управления однодвигательных ТЭП на базе АД и СДПМ

На схеме, приведенной на рис. 1, приняты следующие обозначения: PC -регулятор скорости; ФЗМ - формирователь задания момента; РМ - регулятор момента; РП - регулятор потока; ПЧ - преобразователь частоты; НУ - наблюдающее устройство; М, а, Ф - текущие значения электромагнитного момента угловой частоты вращения ротора, потокосцепления (статора или ротора) ТЭД М\а\чГ - их задающие значения; Ud,Id - выходные напряжение, ток ИЭП i^max - векторы допустимых значений напряжений, токов, потокосцеплений i системе; и,,!, - векторы текущих значений напряжения и тока статора ТЭД U, - вектор задающих значений напряжения для ПЧ; 0 - оцениваемые параметры ТЭП; Мс - приведенный к ротору ТЭД момент сопротивления движению ТЭП. Здесь и далее величины, обозначенные жирным шрифтом - векторы или матрицы; верхним индексом «л» - оцениваемые по модели ТЭД наблю-■ дающими устройствами; «звездочкой» - задающие значения для СУ; нижними индексами «max», «min» - максимальные и минимальные значения соответствующих величин.

Блок «Оптимизатор» предназначен для формирования заданных значений потокосцеплений Ч*' исходя из статических зависимостей ТЭП по желаемым критериям оптимальности, на основании текущей частоты а> и задания момента

М , с учетом совокупности ограничений на ресурсы силовых агрегатов в системе iim„.

В системе управления ТЭП предусмотрены контуры прямого регулирования момента и магнитного потока электродвигателя. При необходимости можно добавить внешний контур регулирования скорости электропривода.

В данной главе также проведен анализ состояния и тенденций развития источников энергии ТЭП АТС, отмечена целесообразность применения солнечной энергии на борту автомобиля для увеличения пробега автомобиля в режиме электрической тяги. Прёдставлены классификация и анализ структур систем тягового привода АТС с ТЭП, что позволяет правильно выбрать их математическую модель, алгоритмы управления силовыми агрегатами, сравнивать их технико-эксплуатационные показатели, определить основные требования к ТЭП и пути его совершенствования.

Вторая глава посвящена исследованию оптимальных режимов работы асинхронного тягового электропривода. Установлены аналитические условия оптимизации режимов АТЭП, которые позволяют создавать основу для синтеза рациональных законов управления приводом.

Проведенный в работе анализ энергетических режимов АТЭП основан на математических моделях АД с учетом потерь в стали, полученных при модернизации модели двигателя, выведенной из модели обобщенной электрической машины, путем изменения масштаба вектора потокосцепления ротора У,.

— ггО- — — " ^

ли I

1

в) б) Рис. 2. Схемы замещения АД в динамических режимах с учетом потерь в стали:

(а) последовательная; (б) параллельная Введя новую переменную = (Ьт / Ьг )ФГ, можно преобразовать традиционную Т-образную схему замещения АД в схему, приведенную на рис. 2, а, с соответствующими уравнениями, описывающими процессы энергопреобразования в двигателе:

'и, = + + ]ткЧ, 0 = ЯЯ1Я + РЧЯ

здесь р — оператор дифференцирования; — активное сопротивление и индуктивность; индексы «5,г,т» соответствуют величинам статора, ротора и контура намагничивания; а>к — угловая частота вращения ортогональной системы координат; со, а, = 2рю — механическая и электрическая угловые частоты вращения ротора; гр — число пар полюсов; а>! =сок-а>г - угловая частота скольжения; =Яг(Ь2т/¿2Г); Ям - фиктивное активное сопротивление,

учитывающее магнитные потери, включенное последовательно с индуктивностью Ьм; сг = 1 - Ь2п /(¿,£г) - коэффициент рассеяния АД; Ьа =оЬ,.

При учете потерь в стали активным сопротивлением включенным параллельно с цепью намагничивания (Ьм), справедлива «параллельная» схема замещения, приведенная на рис. 2, б. В этом случае уравнения АД имеют вид: Ги, = Л,!, +Р*. +М*,! 0 = /гЛ1д +рч/я+]а,\Рд;

=Ал**К=чм+»„; ^А (2)

Активные сопротивления Кц и индуктивности Ьи,Ьм, зависящие от частоты напряжения питания , определяются соотношениями: Лмо = АР„0 /(1,5/^0); Яи = ЯМй{со, /<2>10)и;

где а>10,АР„0,1ш - угловая частота напряжения питания, потери в стали, модуль вектора тока 1 и, определяемые по опыту холостого хода.

Добавочные потери можно учитывать в (1), (2) введением в цепь статора дополнительного сопротивления Я1Доб = АРдобти /(1,5/^), где /1Н0М, ДРдо6ном-модуль вектора тока статора и добавочные потери в номинальном режиме.

Таким образом, представленные модели (1), (2) позволяют включать в себя основные потери в АД при уменьшенном числе параметров, что выгодно отличает их от традиционной модели на Т-образной схеме замещения.

Адекватность приведенных моделей АД проверена сопоставлением расчетных основных энергетических показателей (потребляемой активной мощности Р,, КПД т/дд, коэффициента мощности совр) ряда двигателей мощностями

10... 110 кВт с их справочными и экспериментальными данными в различных нагрузочных режимах. Относительные погрешности оценки моделями (1), (2) значений г)^ не превышают 2,5%, Рх - 1,5%; соя<р - 3%. Необходимо отметить, что модель (2) более адекватно описывает энергетику АД, однако отклонения погрешностей расчета энергетических показателей между двумя моделями не превышают 1...2%. В связи с этим, при моделировании процессов в АТЭП в работе использована модель (2), а модель (1) применена для решения задач исследования оптимальных законов управления приводом в связи со своей простотой математического описания.

Для определения оптимальных режимов работы АТЭП использовался метод параметрической оптимизации, суть которого заключается в установлении аналитической связи между желаемым критерием оптимизации А (потерями, моментом, мощностью и т.п.) и варьируемым параметром а в виде: Л = 0-/г(а), где © - переменные состояния АД (момент, модули векторов тока, напряжения, потокосцеплений ротора, статора), при фиксированных значениях которых можно найти экстремум оптимизируемой величины А; F(a) -функция, определяемая по уравнениям установившегося режима, зависящая от

варьируемого параметра а, который представляет собой тангенс угла фазового смещения 3, между векторами или отношение компонентов век-

тора 1, в системе координат (¿,<7), ориентированной по полю ротора:

a = tgSI=i1,/isd=c)íTR, (3)

где Тя = Ьи /Яц =ЬГ111Г - постоянная времени роторной цепи АД.

Значение параметра а, соответствующее работе машины в оптимальном режиме, определяется из условия (¡Л/с1а=0.Т1о вычисленному значению параметра а и по требуемой величине момента можно рассчитывать для СУ ТЭП оптимальные задающие величины скольжения, компоненты вектора тока статора, модули векторов потокосцепления ротора, статора двигателя.

Для ТЭП важно во время разгона или экстренного торможения развивать максимально возможные момент и механическую мощность ТЭД. Естественно, что эти режимы достигаются только при максимальных значениях тока, напряжения статора и потокосцепления ротора, ограничиваемых допустимыми условиями по безопасной работе ключей преобразователя частоты, по перегреву и степени насыщения магнитной цепи АД. Поэтому критериями оптимальности для АТЭП в этих случаях должны служить максимизация момента при максимальном токе (/, =/,тк, 1/, <и:тгх, ^я^яты) в области низких скоростей движения АТС; максимизация мощности при максимальных значениях тока, напряжения статора с ослаблением магнитного поля (/г =/1тах>и!=и1ШЛ,хУк<хУКтю)\ максимизация момента в области высоких скоростей при максимальном напряжении (/, < /1тах, V, = £/зтах, Ч^ < .

На основании модели АД (1) и метода параметрической оптимизации разработана методика определения предельных характеристик АТЭП (М(а)),1,(т),х¥к(а),и^а)) с учетом ограничений по току, напряжению и пото-

косцеплению ротора АД. На основе (1) установлены аналитические соотношения между моментом, модулями векторов по-токосцеплений, тока, напряжения статора и варьируемым параметром а. Для каждого вида ограничений определена оптимальная величина а, позволяющая реализовать максимальную перегрузочную способность привода. Проверена адекватность разработанной методики экспериментальными исследованиями предельных характеристик АТЭП с АД 4АПА-2Э160.

Проведено исследование оптимальных рабочих режимов тяговой системы АТС с КЭУ, включающей буферную ТАБ (рис. 3) и основную энергоустановку (ЭУ - ДВС-генератор, электрохимический генератор, СБ и т.п.); АД с автономным инвертором напряжения (АИН)

При принятии рациональных допущений (пренебрежение пульсаций токов, обусловленных дискретной работой АИН; постоянство в достаточном ма-

эу ± табТ аин

О

Трансмиссия

0

Рис. 3. Тяговая система АТС с КЭУ, включающей ТАБ

лом расчетом периоде параметров схемы замещения ТАБ, мощности ЭУ) из уравнения равновесия напряжения ТАБ и системы уравнений (1), при заданных значениях момента М и частоты вращения АД т, можно вывести аналитические зависимости, определяющие соответствующие значения параметра а, обеспечивающие оптимальные режимы АД и АТЭП по критериям:

- минимума электрических потерь в меди АД: а = ±Л/Д, /(Л, ;

- минимума суммарных потерь в АД (или максимуму КПД, минимума потребляемой активной мощности): а = ±Л/(Л1 +Яя);

- минимума тока статора: а = ±1;

- минимума потребляемой реактивной мощности (максимума соб^): а » ±*1а;

- минимума суммарных потерь в тяговой системе АТС, включающей АТЭП и КЭУ с ТАБ: а = + Ки + Ди)/(Я, + + Ди), где - фиктивное активное сопротивление, эквивалентное потерям в АИН.

Можно заметить, что величина а зависит от активных сопротивлений статора и ротора АД, которые подвержены колебаниям при изменении теплового режима двигателя. Для оценки влияния параметров АД на его оптимальные режимы работы введен показатель «относительная погрешность отклонения суммарных потерь с (%) от своего оптимального значения»:

я^-ДРдд/Д^.ЮОУо, (4)

где ДР^.АРдц - суммарные потери в АД при правильной (соответствующей фактическому оптимальному условию) и неправильной оценке параметров АД.

Установлено, что величина сопротивления ротора оказывает большое влияние на энергетическую эффективность АТЭП при его управлении по закону минимума тока статора. Неточная информация о величине приведет к ошибке формирования для системы управления задания частоты скольжения а>, (или угла <5у), и к сильному увеличению величины относительной погрешности е, определяемой по (4), вплоть до 50% при 2-кратном изменении Кл.

Проведенные исследования энергетических показателей АД при различных законах оптимального управления по вышеприведенным критериям позволили установить следующие особенности каждого из них:

- законы минимума электрических потерь в меди и минимума потребляемой реактивной мощности имеют более низкие энергетические показатели по сравнению с законами минимума тока статора и минимума суммарных потерь;

- при минимуме тока статора значение коэффициента со$ф находится в пределах 0,7...0,75; при несвоевременной корректировке задающих воздействий для системы управления АТЭП, адаптированных к изменению сопротивления ротора, условие минимума тока статора нарушается и может привести к сильном) возрастанию суммарных потерь в АД, снижению коэффициента созр, что эквивалентно увеличению потерь в ТЭП;

А0

- закон минимума суммарных потерь обеспечивает лучшие энергетические показатели, обладает малой чувствительностью к изменению активных сопротивлений АД, изменению нагрузок АИН (величины Ди). Это позволяет рекомендовать выбрать критерии минимума потерь и максимума перегрузочной способности в качестве основных критериев оптимальности для АТЭП АТС. В зависимости от скоростных режимов привода магнитные потоки в АД при минимуме суммарных потерь изменяются в широких пределах, что требует наличия в СУ АТЭП контура регулирования потокосцепления с высокой динамичностью.

Для решения задачи управления АТЭП по критериям минимума потерь и максимума момента использованы графоаналитический метод и метод параметрической оптимизации. На рис. 4 представлены предельные характеристики АТЭП при минимуме потерь (кривые, обозначенные индексами «опт») и максимуме момента (кривые с индексами «пр»). Нижним индексом «гр» обозначены граничные частоты ротора, при которых происходит перемена вида ограничения.

Из данного рисунка можно отметить, что регулирование АТЭП по минимуму потерь возможно только в области, ограниченной кривой предельной механической характеристики (кривая АцАВС) при минимуме потерь £>0ДЕ и кривой суммарных моментов сопротивлений движению АТС, приведенных к ротору АД, МС0МС. Сокращено будем называть данную область - «область безусловного минимума потерь» (ОБМП).

Аналитическим методом доказано, что вне ОБМП необходимо поддержать потокосцепление ротора на характеристике Ч*^ для

обеспечения условия минимума потерь. На основании метода параметрической оптимизации разработана методика формирования для систем управления ^ АТЭП задающих величин а, определяемых по (3), удовлетворяющих критерию безусловного минимума потерь в ОБМП, с автоматическим переходом на режимы условного минимума потерь вне ОБМП и достижением максимума момента с учетом ограничений по ресурсам силовых агрегатов ТЭП.

Для СДПМ, аналогично АД, установлены аналитические условия связи между компонентами вектора тока в системе координат, связанной с ротором, обеспечивающие работы СДПМ по минимуму потерь и максимуму перегрузочной способности.

^ <

Рис. 4. Предельные характеристики АТЭП при минимуме потерь и максимуме перегрузочной способности

Третья глава посвящена разработке новых систем прямого управления моментом с пшротно-импульсной модуляцией питающего напряжения для ТЭП на базе АД и СДПМ.

Проведенный анализ современных и перспективных систем управления электроприводами переменного тока показывает, что недостатком классических векторных СУ, ориентированных по магнитным полям электродвигателя, является сложность их структуры, а недостатком классических систем ПУМ является повышенные коммутационные потери в преобразователе частоты и пульсации момента по сравнению с векторным методом. Отмеченный недостаток систем ПУМ можно устранить путем отказа от релейных регуляторов при применении ШИМ выходного напряжения ПЧ. В работе предложена методика синтеза систем ПУМ-ШИМ с прямым регулированием момента и потокосцеплений статора, ротора двигателя в произвольной ортогональной вращающейся системе координат. Суть методики заключается в установлении динамической связи момента, потокосцепления статора (ротора) с новыми управляющими воздействиями, на основании которых формируется вектор управляющего напряжения статорной обмотки АД.

Из модели (1), при пренебрежении потерями в стали, можно получить систему уравнений АД в произвольной ортогональной системе координат (х,у), выраженных через векторы тока и потокосцепления статора: PL = Ч, fT0 + + ÇVJTR + orVv + иа)/Ьа; P'sy = -¡sy'TQ +(-orVsx+Vsy/TR+usy)/La-, ' pVa=-RsiiX+a>k4sy+"*, PXy^-RJsy-^+u^, (5)

где T0 =(1/г, +l/rR)"'; г, =Lrr/Rs,TR = aTR - постоянные времени статорной и роторной цепей АД.

Продифференцировав уравнение момента в системе (5), можем получить уравнение, описывающее динамику изменения момента от новых управляющего Us и возмущающего воздействий Wls :

рМ = -М/Т0 + kuUs + kuWiS, (6)

где Us=uv4a-ua4v; Wxs = a>rLaÇVJa + 4fviv)-oX-zpQ/ku, (7) Q 1,5(uvia -uJsy) - потребляемая АД реактивная мощность; ки = 1,5zp /La; ^î = + ~ квадрат модуля вектора *Р3.

Связи между потокосцеплением статора и управляющим напряжением статора АД можно найти из системы уравнений (5):

0,5р^=У3+Ж23, (8)

где Vs, W2S - управляющее и возмущающие воздействия контура потока,

Vs = «Л + u^; W1S = -R,QVJa (9)

На основании (6)...(9) можно построить структурную схему замкнутых контуров регулирования потокосцепления статора и момента АД, представленную на рис. 5. ПЧ характеризуется временем запаздывания .

Передаточные функции регуляторов момента №ти(р) и потокосцепления статора 1¥т (р) можно синтезировать по различным методам теории автоматического управления, в том числе и по методу стандартной настройки регуляторов на технический оптимум с пропорциональным регулятором потока и пропорционально-интегральным (ПИ) регулятором момента.

Предложена система ПУМ-ШИМ АД с функциональной схемой, показанной

на рис. 6. На выходе регуляторов момента и потокосцепления статора формируются управляющие сигналы . Задающие напряжения

Регулятор потокосцепления статора

1Гт(р)

-¿4

г—

о>)

Регулятор момента

ПЧ

рГ„+1

РГ.+1

АД

Л-ш

47

К,

рГ. +1

и

Рис. 5. Структурная схема замкнутых контуров регулирования потокосцепления статора и момента АД

иа,и1у для АИН вычисляются в блоке «Формирователь задающего напряжения» при решении первых уравнений систем (7), (9):

Задание момента М* можно формировать программным путем или внеш-

+ _ ним регулятором скорости. \иё\ По вышеприведенной

методике в работе также изложен синтез систем ПУМ-ШИМ с регулированием момента и потокосцепления ротора. Отметим, что система ПУМ-ШИМ АТЭП в неподвижных координатах, связанных со статором, которую можно получить из схемы, приведенной на рис. 6, имеет самую простую структуру,

Блок вычисления напряжения, потокосцепления статора, момента

Рис. 6. Фунщионапъная схема АТЭП с прямым управлением моментом и потоком статора

ь

ЧЖ1.......

Датчик скорости

ад

благодаря отсутствию операций преобразования координат. Применение стандартных методов настройки регуляторов момента и потока дает возможность сократить время синтеза, отладки СУЭП. Кроме того, высокое быстродействие контура регулирования потокосцепления статора позволяет эффективно реализовать закон управления ТЭП по минимуму суммарных потерь в системе.

С целью оценки динамических и энергетических качеств предложенной СУ проведено моделирование движения ЭП по ездовому циклу с разными темпами разгона, торможения, постоянными скоростями, при различных методах его управления: частотно-токового, векторного, классического ПУМ, ПУМ-ШИМ. На рис. 7 приведен фрагмент результатов моделирования в среде Ма1;1аЬ-8шш1шк АТЭП, установленного на гибридном автомобиле УАЭ-3153 МГТУ «МАМИ» при ПУМ-ШИМ и частотно-токовом управлении.

М,Нм;<в,й)\ рад/с Ч'^Ч'.'.Вб

(ш - фазный ток АД; ЕЯ,Е„ Е^ - затраты энерпш на механическую работу, АД и ТАБ. Рис. 7. Характеристики АТЭП при ПУМ-ШИМ (а) и частотно-токовом управлении (б)

Для сравнения энергетических показателей ТЭП при различных способах управления введен показатель «удельный расход энергии источника питания за ездовой цикл движения электропривода» (>еи), определяемый как: и<и =Ец1(р, где ср - механический угол поворота ротора двигателя, эквивалентный пути, преодолеваемому ТЭП при совершении транспортной работы; £и - энергия, расходуемая источником за время (Тц) движения ТЭП по ездовому циклу.

М, М', Нм; а>, со', рад/с

Анализ полученных результатов моделирования динамических характеристик и энергетических показателей ТЭП при различных способах управления показывает, что в зависимости от режимов работы ТЭП величина и>и в системах с ПУМ-ШИМ меньше, чем в системах с частотно-токовым управлением 7%...15%; классическим ПУМ — 2%...8%. Во всем заданном диапазоне изменения скорости ТЭП предложенная система ПУМ-ШИМ обеспечивает устойчивость, высокие динамичность и точность регулирования момента, потокосцепления статора.

В работе обоснована необходимость и представлены решения задачи динамической идентификации параметров АД и переменных состояния привода, необходимых для построения систем управления АТЭП с улучшенными технико-эксплуатационными качествами.

Основной для синтеза системы адаптивной идентификации параметров и переменных состояния АТЭП служит модель АД (1), записанная в неподвижной системе координат (ар) при пренебрежении потерями в стали: и, 0 = ДЛ1 =«,+!«.

М = 1,52р (10)

где Ьм =(1 -а)Ь,.

Из (10) можно вычислить все необходимые для построения системы ПУМ переменные (потокосцепления статора, ротора, электромагнитный момент) по измеряемым фазным токам и напряжениям обмоток статора при известных 4 параметрах АД-Л,, Як, £, и ег, причем последний в процессе работы ЭП меняется незначительно и может быть принимать постоянным, равным своему номинальному значению.

Природа изменения параметров АД различна: Ь, изменяется в зависимости от степени насыщения магнитопровода, а Л,, Як — от температурных режимов АД. Процесс изменения индуктивности можно рассматривать как «быстрый», а активных сопротивлений - «медленный». Идентификацию параметров АД целесообразно проводить по разным темпам, соответствующим особенности их изменения.

Определение величины индуктивности статорной обмотки производится при известном активном сопротивлении статора на основании наблюдателя вектора тока статора:

(11)

где в = \Gp\- матрица регулятора наблюдателя вектора тока .

Согласно методике синтеза адаптивного идентификатора параметров динамического объекта по методу скоростного градиента можно выбрать алгоритм адаптации величины Ц1 и элементы матрицы регулятора в в виде:

¿¡' /р)е/К °а = ^ = ©щдавр, (12)

где б = Ч'дтах /¿,т|П; е, =1, -¡, - ошибка наблюдения тока статора; символом « у » обозначены коэффициенты ПИ регуляторов идентифицируемых величин.

(13)

(14)

Принимая допущение об известном значении Ьг, оцениваемом по (12), из (10) можно построить наблюдатель векторов в виде:

|а£,Я = -{к, + кя)\, + (4 Ии -+ и, + К;

1Л = - (Л* ~ уЯ)*«.

а алгоритмы адаптации параметров и матрица К определяются уравнениями:

[©, = Фг0 -(гРа + уа/р)бТ1 Н; К = сИа&Кь^е^Кил&ъеу] где ¥ = 1,-ЧГк/Ьи-, К = 4^(1/7^ +шгпих); нижним ин-

дексом «0» обозначены начальные значения идентифицируемых параметров. На рис. 8 приведена структура системы идентификации параметров и частоты вращения АД, в которой идентификатор величины ¿5* определяются (11), (12), ^,^-(13), (14).

Поскольку скорость изменения сопротивлений Я^Яц мала по сравнению со скоростью изменения индуктивности, целесообразно использовать средние

1,

Рис. 8. Структура системы идентификации параметров и частоты АД

значения их оценок Rs, Rg за определенный промежуток времени AT.

Одной из важнейших задач, которую необходимо решить при проектировании новых видов АТС с КЭУ, является обеспечение высокой надежности ТЭП, что требует не только выбора надежных аппаратных средств, но и разработки отказоустойчивых СУ. Под отказоустойчивостью понимают свойство технической системы сохранять способность функционирования после отказа определенного количества его частей при вероятном снижении технико-эксплуатационных показателей системы. В работе предложено рациональное решение данной задачи при отказе различных датчиков в системе путем наблюдения «потерянных» данных на основе информации, полученной от исправных измерителей, и при необходимости — изменением структуры СУ.

Построение современных СУ АТЭП требует наличия минимум 5 датчиков: 2 датчика фазных токов статора (ДФТ), датчик скорости (ДС), датчики тока (ДТ) и напряжения (ДН) ТАБ, причем последние предназначены для контроля за состоянием ТАБ. При отказе ДТ и ДН на основании математической модели системы «ТАБ - АИН - АД» можно восстановить информацию о токе и напряжении ТАБ по результатам измерения фазных токов. Скорость ТЭП можно определить по вышеприведенной методике ее идентификации при нарушении работоспособности ДС. При отказе ДФТ имеется возможность вос-

становления фазных токов статора по результатам измерения тока и напряжения ТАБ с помощью наблюдателя (11) при матрице регулятора

с = , в/^пе^ ], где е,а = 1а - 1а - ошибка наблюдения тока ТАБ; в

- выбираемый достаточно большим коэффициент регулятора; К - 1Д/<Ла + - функции переключения силовых ключей АИН.

Проанализировав структуры существующих СУ АТЭП (частотного

управления, частотно-токового, векторного, ПУМ, ПУМ-ШИМ) и все возможные комбинации отказа датчиков, определены три структуры, пригодные для построения отказоустойчивых СУ АТЭП: ПУМ-ШИМ (СУ-1), векторная (СУ-2) и частотно-токовая (СУ-3).

Предложена концепция построения СУ АТЭП с повышенной отказоустойчивостью по структурной схеме, приведенной на рис. 9, где приняты обозначения: «Анализатор» -программное средство, предназначенное для: анализа состояния датчиков на основании полученной от наблюдающего устройства (НУ) информации о переменных состояния X, параметрах 0 ТЭП и ИЭП по измеряемым переменным Х0; принятия решения об изменении структуры СУ ТЭП; формирования для СУ необходимых обратных связей Х^. Система управления АТС, на основании информации о векторах Х.в.Хдс, определяет для СУ ТЭП вектор задающего воздействия X*.

Теоретически, систему управления СДПМ можно построить по методике ПУМ-ШИМ, предложенной для АД. На основе математической модели СДПМ, записанной в системе координат ориентированной по ротору, установлены аналитические связи между моментом, потокосцеплением статора двигателя и составляющими вектора напряжения статорной обмотки:

рМ = -М/Т0+км(и + }У1У,0,5рЧ'? = У + Ж2, (15)

где Г0-' = и, №] - управляющее и возмущающее воздействия

контура регулирования момента, V, Ж2 - контура регулирования потока: и = Х^и9 Г = Л, = 4», + Щ !{ЬЛ -£,);

Щ = -Ч'М-Х^СР, +Л,)/£д; Щ—ЩЖ (16)

На основании выведенных уравнений (15), (16) можно синтезировать систему ПУМ-ШИМ СДПМ со структурной и функциональной схемами, идентичными схемам, приведенным на рисунках 5, 6. Проведенное имитационное моделирование движения ЭП с СДПМ в среде МайаЪ-втшНпк подтвердило работоспособность разработанной системы управления электроприводом.

21

Рис. 9. Функциональная схема СУ АТЭП с повышенной отказоустойчивостью

В четвертой главе рассматривается математическое описание основных источников и накопителей электроэнергии, применяемых в АТС, таких как ТАБ, ЕЮ, СБ и КЭУ на их основе; разработаны универсальные системы формирования задания момента для контура управления моментом ТЭП при ограничениях зарядно-разрядных тока и напряжения ТАБ.

Несмотря на существенное повышение в последние годы технических показателей ЕГО (суперконденсаторов), ТАБ продолжают играть ключевую роль среди возможных типов накопителей электроэнергии на АТС с ТЭП, благодаря своей большей удельной энергоемкости. В связи с этим, исследования, проведенные в данной главе диссертации, сосредоточены на решение задачи повышения энергетической эффективности и срока службы КЭУ, включающих ТАБ, путем рационализации алгоритмов их управления в составе ТЭП АТС.

При решении задач анализа взаимосвязей ТАБ с другими агрегатами тя-гж говой системы АТС, а также задач синтеза сис-

Л —С111— тем управления зарядно-разрядными режимами

—СЬ—ггг'— С» —• ТАБ, использована схема замещения АБ, приве-

0£о -II и\ денная на рис. 10, которая представляет собой

_^ последовательной цепочкой из ЭДС Е0, актив-

Рис. 10. Схема замещения АБ ного сопротивления Ra, индуктивности La, емкости Сп, сопротивления поляризации гп.

Предлагается определить значение ЭДС методом аппроксимации экспериментальных данных в функции от степени заряженности (СЗ) многочленным полиномом: Е0 =a + bC3 + cC32 +...+dC3", где а, Ь, с, ¿-коэффициенты аппроксимации; п - порядок полинома. А остальные параметры схемы замещения целесообразно определить при обработке экспериментальных зарядно-разрядных характеристик ТАБ с применением стандартных моделей идентификации динамического объекта, присутствующих в различных пакетах прикладных компьютерных программ, например, в пакете Matlab-Simulink.

Аналогичным путем при моделировании ЕНЭ в работе использована его схема замещения, состоящая из последовательной цепочки емкости с начальным напряжением заряда и активного сопротивления, характеризующего омические потери в накопителе.

Представлено математическое описание КЭУ, состоящей из ТАБ и ЕНЭ.

Одной из важнейших задач, которую необходимо решить при построении ТЭП с питанием от ТАБ, является ограничение зарядно-разрядных токов и напряжений аккумулятора на допустимых уровнях (Уатзх,1атах), регламентируемых производителем. Предложены 3 способа решения данной задачи путем управления ТЭД по задающим значениям момента, формируемым в соответствии с отмеченными ограничениями:

- релейная коррекция задания момента при превышении тока, напряжения ТАБ выше допустимых значений;

- формирование задания момента ТЭД в результате регулирования напряжения

и

РН 1-+®

соМг

Мг.

пмх

ТАБ и ограничения ее тока;

- формирование задания момента ТЭД в результате регулирования напряжения ТАБ, ограниченного значением £/* =шт[С/отах,£0 +Да/атах].

Проведенное исследование асинхронного ТЭП при рекуперативном торможении с использованием выше предложенных способов ограничения зарядных тока и напряжения ТАБ показывает преимущества третьего перед первыми способами: малые пульсации задания момента благодаря непрерывной коррекции момента, высокая устойчивость контура регулирования напряжения ТАБ

и.

Регулятор + напряжения

и>Р 6)

Т

М

Рис. 11. Структурная схема контура формирования задания момента ТЭД при рекуперативном торможении путем регулирования напряжения ТАБ

из-за исключения внутреннего контура ограничения тока. На рис. 11 приведена структурная схема контура формирования задания момента ТЭД в режиме рекуперативного торможения по третьему способу. В результате регулирования напряжения ТАБ формируется желаемое значение момента М*и, которое далее ограничивается блоком «предельная механическая характеристика (ПМХ) ТЭД», на выходе которого определяется задающее воздействие М' для СУ ТЭП. На данном рисунке приняты обозначения: - возмущающие воздействие в контуре, о) -угловая частота вращения ротора ТЭД.

В следующем разделе диссертации рассматривается математическое описание солнечных элементов (СЭ) и СБ. В технической литературе при моделировании СЭ широкое распространение получает математическая модель:

-Н-^сэ

(17)

. АкТ ] ^

где А - поправочный коэффициент, е - заряд электрона; к - постоянная Больцма-на> Т> /„„, ^сэ> иа- последовательное, шунтовое сопротивления,

температура, фототок, обратный ток насыщения р-л-перехода, выходные ток и напряжение СЭ, соответственно.

Распространение также получает модель идеального СЭ:

1 = 1Ф-1он{ехр[(еи/(кТ)}-Ц. (18)

Модель (17) громоздка и неудобна для инженерных расчетов. Проведенные моделирования вольтамперных характеристики (ВАХ) СЭ различных производителей, показывают, что характеристики модели идеального СЭ (18) существенно отличны от реальных. В связи с этим в работе предложена упрощенная математическая модель СЭ, позволяющая описать его ВАХ с погрешностью, не превышающей 5%:

/сэ=/ф-аг/*э, (19)

где а, Ъ - коэффициенты аппроксимации, которые находятся из соотношений:

{UomIUxx)"(b+\)-l = 0; а = 1ш!иьы, при известных значениях напряжения холостого хода Uxx, тока короткого замыкания /кз, выходного напряжения элемента в точке максимума мощности Uom, которые, как правило, даны в любых каталогах производителей СБ.

На рис. 12 приведены результаты моделирования В АХ СЭ «Power-Max» фирмы «Siemens Solar» по моделям (17)...(19) при стандартных условиях испытания (освещенности So - 1 кВт/м2, температуре элемента Т0 = 25 С), и оценка их относительной погрешности (S) от экспериментальных характеристик.

I. а 4.0 -

3.0 -

Z0 -

1.0 -

0.0

аппроксимированные правые:

____по (17);

___по (18);

_ по (19).

• эксперимент

10.0

5.0

0.0

-5.0

8- 100

Дк - экспериментальные данные

0.0

0.6 и. В 0.0

—I— 02.

0.4

0.6 U. В

а) —— q

Рис. 12. Аппроксимированные ВАХСЭ (а) и их относительные погрешности (б)

При изменении освещенности (S) и температуры (7) ВАХ СЭ имеет вид: = /„[S7S0 + Р,{Т-Т0)]-a(U - = -R^AI + Ри(Т- Г0), (20)

где Р,, Ри- температурные коэффициенты выходных тока и напряжения СЭ.

Температура СЭ, в свою очередь, зависит от степени освещенности, температуры окружающей среды Гокр и скорости ветра ив:

Т = (5/50)[(Г,е™- + Г2) + Твкр + ДГ], (21)

где Tit Т7, а-эмпирические коэффициенты; ДГ- разность температур между СЭ и его тыльной поверхностью, зависящая от тапа и толщины покрытия.

На основе (19)...(21) разработана математическая модель СБ, которая, как правило, строится при параллельно-последовательном соединении СЭ. Приведена модель СБ при затенениях своей площади, разработана методика расчета ВАХ СБ с учетом метеоусловий, ее геометрии и конструктивных факторов. В полученной «транспортной» модели СБ учтены изменения метеоусловий, скорости движения АТС, что позволяет эффективно ее применить при моделиро-• вании движения транспортных средств.

При совместной работе СБ с ТАБ, как правило, применяется импульсный преобразователь выходного напряжения СБ для согласования уровней напряжения источников. Кроме того, данный преобразователь обеспечивает функцию регулятора максимальной мощности СБ (РММ). В данной главе также представлено математическое описание системы «СБ - РММ - ТАБ» с поисковым алгоритмом определения оптимальной рабочей точки СБ на своей ВАХ.

Пятая глава посвящена созданию математических и компьютерных моделей СП! городских АТС с ТЭП и КЭУ, построенных на базе различных типов ТЭД (АД СДПМ, ВИМ), энергоустановок (ДВС, ТАБ, ЕНЭ, СБ).

Целью разработки математических моделей СТП АТС является придание им следующих функциональных возможностей:

- анализа процессов преобразования энергии в СТП, режимов работы их подсистем с заданными параметрами в заданных условиях движения АТС;

- исследования динамических процессов в ТЭП на базе АД, СДПМ, ВИМ при различных способах управления ими; оценки эффективности применения разработанных способов управления моментом ТЭД переменного тока, алгоритмов адаптивной идентификации параметров, переменных состояния, алгоритмов повышения отказоустойчивости СУ АТЭП;

- оценки основных эксплуатационных свойств городских АТС (тягово-скоростных, тормозных свойств, топливно-экономических и экологических показателей, расходов электроэнергии) при применении различных типов ТЭД и источников/накопителей энергии;

- установления совокупности взаимосвязей между технико-эксплуатационными свойствами автомобиля, заданными требуемой тягово-тормозной характеристикой последнего, и характеристиками силовых агрегатов СТП, обоснование выбора их номинальных данных, расчетных мощностей, диапазонов регулирования выходных параметров.

Большое разнообразие задач, возникающих при создании АТС с ТЭП, можно решить с помощью двух основных моделей СТП:

- модели системы «КЭУ - ведущие колеса (ВК) - дорога», описывающей процесс передачи энергии от энергоустановок к ВК для реализации тягово-тормозных свойств автомобиля под управляющим воздействием водителя при всевозможных ограничениях на ресурсы силовых агрегатов;

- модели системы «дорога - ВК - КЭУ», позволяющей синтезировать СТП с техническими характеристиками, необходимыми для обеспечения требуемых технико-эксплуатационных свойств АТС.

Предложена обобщенная блок-схема модели СТП АТС с ГСУ параллельного типа, построенная на основе метода структурного моделирования (рис. 13), которая позволяет описать систему «КЭУ - ВК - дорога» под управляющим воздействием водителя ив.

В модель СТП входят четыре основные подмодели: «система управления ГСУ», «ДВС», «ТЭП» и «трансмиссия». Связями между подмоделями являются задающие и текущие значения моментов силовых агрегатов СТП.

На основании задаваемого водителем сигнала управления ив и сигналов обратной связи от подмоделей ТЭП (X™1) и АТС (Х£с) в подмодели «СУ ГСУ» определяются требуемые значения моментов, угловых частот вращения ДВС (мдвс'®двс) и ТЭД (М^зд.&^д) по алгоритму управления ГСУ.

Подмодель ДВС предназначена для определения вектора топливно-экономических и экологических показателей двигателя (путевого расхода топлива ();; выбросов токсичных веществ ДВС тсо,тси,тт^):

Хдвс = [61 > тС0 » ОТСН > '"N0, ]

с

СУ ГСУ

Подмодель «Тяговый злектропрнвод»

лос

®1ЭД

эу

X™

су 5 бвп тэд

тэп

а

■тзд

«та

лос

Мш

М

тэд

Подмодель ДВС ■Мдвс Подмодель «Лраисмпсспя»

Вывод результатов моделирования |

Подмодель ТЭП, представляющая собой систему регулирования частоты вращения или момента ТЭД, содержит основные блоки: ТЭД со своим бортовым вентильным преобразователем (БВП); электрическая энергоустановка (ЭУ), которая может быть однотипной или комбинированной; блок «система управления электроприводом» (СУ ТЭП), который на основании необходимых сигналов об-

Рис. 13. Обобщенная блок-схема модели системы тягового привода АТС с ГСУ параллельного типа

ратной связи от ТЭД, БВП, ЭУ (Х^Х^'.Х^) формирует вектор управляющих импульсов для силовых ключей БВП (в) и ЭУ (8ЭУ) если в состав последней входит свой полупроводниковый преобразователь.

В подмодели «трансмиссия» определяется вектор переменных состояния АТС: ХАТС =[Мдвс,Мтэд,Мк,й;дВС,©Тэд,®к^.^/^Г,где Мк,®к -моменти угловая частота вращения ведущих колес; V - скорость движения автомобиля.

Результаты моделирования выводятся в виде векторов переменных состояния АТС (ХАТС), ДВС (Хдас), ТЭП (Хтап). где Хтап =[п,1,Р,\У,'Р]г -вектор напряжений, токов, мощностей, энергии ТЭД, БВП, ЭУ и потокосцепле-

ний ротора, статора ТЭД.

Из блок-схемы, представленной на рис. 13 можно вывести блок-схему модели системы «дорога - ведущие колеса - КЭУ», где требуемые моменты (М^д,МдаС), угловые частоты вращения (й^д,0дес) Двигателей определяются заданными скоростными характеристиками автомобиля, алгоритмом управления ГСУ и конструктивной особенностью трансмиссии СТП.

В работе представлены математические модели подсистем СТП АТС с ТЭП и КЭУ, рассмотрено математическое описание процессов преобразование потоков механической мощности в разных режимах работы ДВС, ТЭД в составе ГСУ параллельного типа - электротяге, гибридной тяге, тяге от ДВС и генераторном режиме ТЭД, рекуперативном торможении и т.д.

26

Представлено математическое описание интегрированного стартер-генераторного устройства на базе ВИМ. Процессы формирования фазных токов и электромагнитного момента (М) в л-фазной ВИМ целесообразно описать системой дифференциальных уравнений:

dV "

A—=F£-Ri; *P = Li; М = ^(l/2)Nril(dLk/dd),

ir=l

где A, F - матрицы, определяемые топологией коммутатора и его алгоритмом работы; R, L - матрицы фазных сопротивлений и индукгавностей; в - угол расположения ротора; Е - выходное напряжение источника питания; Ч», i - векторы фазных потокосцеплений и токов; Nr - число зубцов ротора.

На основании разработанных математических моделей создан комплекс компьютерных программ имитационного моделирования систем тягового привода АТС с ТЭП и КЭУ в среде Matlab-Simulink. Кроме разработанных в работе моделей отдельных подсистем ТЭП, КЭУ, при разработке данных имитационных моделей использована стандартная библиотека алгоритмов синусоидальной и векторной ШИМ в приложении SimPowerSystem пакета Matlab-Simulink. Также использованы разработанные учеными кафедры «Автомобили» МГТУ «МАМИ» модель двигателя УМЗ-4218.10, методика определения его топливной экономичности и токсичности выхлопных газов.

Шестая глава посвящена выполнению экспериментальных исследований для проверки полученных в диссертационной работе основных результатов, разработке научно-обоснованных рекомендаций по их внедрению.

Проведены экспериментальные исследования динамических процессов и энергетических показателей АТЭП, установленного на опытном образце автомобиля УАЭ-3153 с ГСУ параллельного типа. Общий вид и расположение компонентов АТЭП (АД, ТАБ, АИН) представлены на рис.14.

В составе АТЭП входят: АД 4АПА-2Э160 номинальной мощностью 15 кВт; максимальным моментом 280 Нм; ТАБ номинальным напряжением 120 В, состоящая из 10 последовательно соединенных свинцово-кислотных аккумуляторов «Optima D-ЮОО»; АИН с синусоидальной ШИМ; угловая частота вращения АД управляется частотно-токовым методом. Напряжение статора формируется по «двухзонному» принципу: в первой зоне, при U, <Ulmax, напряжение статора регулируется изменением коэффициента модуляции с частотой 5 кГц. Во второй зоне (Us=Uimx) переходят на режим управления Я = 180°. При движении автомобиля с постоянной скоростью регулирование АД происходит по закону минимума потерь.

Экспериментальные испытания автомобиля проводились на автомобильном стенде с беговыми барабанами, согласно правилам № 83 и № 101 ЕЭК ООН. Эксперименты проведены по алгоритму функционирования силовых агрегатов ГСУ, разработанному учеными кафедры «Автомобили» МГТУ «МАМИ»: движение автомобиля при торможении и разгоне до скорости 35

27

км/ч обеспечивается АТЭП, дальнейшее увеличение скорости и движение с постоянной скоростью обеспечивается ДВС при его работе по характеристике минимальных удельных расходов топлива, а избыточная мощность направляется на заряд ТАБ через АД, работающий в генераторном режиме.

Рис. 14. Автомобиль сГСУУАЗ-3153 «МАМИ»

В ходе испытания автомобиля определены расход топлива, выбросы токсичных веществ по расходомеру и газоанализатору, регистрированы временные диаграммы изменения фазного тока статора АД, зарядно-разрядных токов и напряжений ТАБ.

в

расх

элек-

Израсходованная и рекуперируемая И^

трознергии определяются по результатам измерения тока и напряжения ТАБ. К концу цикла определяется величина дефицита электроэнергии Д^^расх-^рек-

При моделировании электромагнитных процессов в АТЭП относительная погрешность результатов моделирования от экспериментальных данных составляет не более 5% при равномерном движении автомобиля и 15% при его разгоне.

На рис. 15 представлены полученные из результатов испытания автомобиля и моделирования графики изменения средних значений мощности, а также энергии ТАБ при движении автомобиля по первой части испытательного цикла. Относительная погрешность моделирования не превышает 10%, что подтверждает адекватность разработанной модели.

Согласно результатам стендовых и дорожных испытаний применение ТЭП позволило сократить расход топлива на опытном образце автомобиля с ГСУ по сравнению с базовым автомобилем «УАЗ 3153» до 47% (с 20,45 до 10,76

Рис. 15. Графики изменения мощности (а), энергии (б) ТАБ

л/100км), обеспечение экологических норм не ниже ЕВРО-4. При этом оптимизация режимов работы ТЭП по критерию минимума потерь при установившемся движении автомобиля позволила сэкономить расходы электроэнергии.

Для подтверждения работоспособности разработанных способа ПУМ, методики идентификации параметров и переменных состояний АД проведены экспериментальные исследования в стендовых условиях с изготовленным опытным образцом АИН, функционирующим по алгоритму ПУМ-ШИМ.

Принципиальная электрическая схема испытательного стенда приведена на рис. 16, где в качестве приводного использован АД 4А132М4 мощностью 11 кВт. Измеренные фазные токи, напряжения и частоты вращения ротора АД обработаны в компьютере с помощью специального программного обеспечения внешнего устройства АЦП (с интерфейсом USB) и пакетом прикладного моделирования Matlab-Simulink.

Рис. 16. Принципиальная электрическая схема испытательного стенда для исследования систем ПУМ-ШИМ АД

Результаты испытания представлены на рис. 17. Приняты обозначения: ^ ~ относительные ошибки оценки параметров, например

£'л1=(Л,-Л,)/Д1-100%; еш = а-ф - абсолютная ошибка оценки частоты вращения ротора.

Как видно из представленных рисунков, применение разработанного алгоритма ПУМ-ШИМ позволяет регулировать скорость, момент, потокосцепле-ние статора АД с достаточно высокой точностью. При этом на начальном участке разгона электропривода наблюдаются незначительная ошибка регулирования потокосцепления статора и высокочастотные составляющие в сигналах момента, потокосцепления статора. Ошибки идентификации параметров АД не превышают 5%. Таким образом, экспериментальным путем подтверждена работоспособность разработанной методики ПУМ-ШИМ, идентификации параметров АД и возможность ее практического использования.

^ С целью доказательства адекватности разработанных математических моделей КЭУ и вентильно-индукгорного электропривода проведены экспериментальные исследования СГУ на базе ВИМ, получающей питание от КЭУ, состоящей из параллельно-соединенных АБ и ЕГО.

Рис. 17. Результаты испытания алгоритма ПУМ-ШИМ и идентификации параметров АД На рис. 18 представлены принципиальная электрическая схема и внешний вид испытательного стенда, построенного в рамках проекта совместной НИР между МГТУ «МАМИ» и ФГУП НИИАЭ по созданию нового класса СГУ для автомобилей, производимых ОАО «ВАЗ», ОАО «УАЗ».

М.Нм;

1,.4,>1Гв

Компьютер

Нгмсрптельаый

штаж ьта-114-1

а) б) в)

Рис. 18. Испытательный стенд СГУ на базе ВИМ и КЭУ, состоящей из АБ и ЕНЭ: а) принципиальная электрическая схема; б), в) внешний вид Результаты испытания и моделирования работы КЭУ, состоящей из параллельно-соединенных АБ и ЕНЭ, представлены на рис. 19, где приняты обозначения: /¿фЛфАф.^ф - фильтрованные (фильтрами низких частот) выходные токи КЭУ, АБ, ЕНЭ и напряжение КЭУ, соответственно; ем,е1л,ет,£ш - относительные погрешности результатов моделирования от эксперимента.

Как видно из приведенных рисунков относительные погрешности результатов моделирования от экспериментальных данных находятся в пределе 8%, что подтверждает адекватность разработанной математической модели КЭУ.

На базе разработанных компьютерных моделей СТП городских АТС с ТЭП и КЭУ проведены исследования путей дальнейшего повышения топливно-энергетических показателей ГСУ автомобиля УАЗ-3153. Доказана возможность снижения расходов топлива ДВС путем замены свинцово-кислотных ТАБ аккумулятором с более высокой удельной мощностью. Например, применение NiMH ТАБ позволит снизить путевой расход топлива ДВС на 1,5...1,8 л/100км при движении автомобиля по городскому циклу ЕЭК ООН

'-./„'„.л - -

' и ы и /.« и ал 1

Рис. 19. Результаты испытания и моделирования КЭУ, состоящей из АБ и ЕНЭ:

С целью оценки эффективности применения солнечной энергии на борту АТС проводится сравнение топливно-энергетических показателей КЭУ с СБ и без нее. Предполагается, что в состав КЭУ входят: ДВС и ТЭП, установленные на экспериментальном автомобиле УАЗ-3153 «МАМИ»; NiMH ТАБ энергоемкостью 6600 Вт.ч; СБ с КОД 15%, площадью 4м2 при условии солнечного освещения Вьетнама; КПД сопровождающих полупроводниковых преобразователей 0,9. Предположим два сценария движения автомобиля по городскому циклу:

- движение, начиная с бчОО до 12ч00, с остановкой 30 мин после 20 км пройденного пути;

- движение, начиная с бчЗОмин, пробег 20 км, стоянка 9 часов, обратное движение с пробегом 20 км.

Первый сценарий движения характеризует рабочий день, который начинается с выездом из дома с бчОО, 8 часов на работе и обратный путь вечером. СБ заряжает ТАБ в течение 8 часов стоянки автомобиля. Второй сценарий движения представляет собой типичный график работы маршрутного микроавтобуса: рас-

стояние между двумя концами маршрута 20 км с 30 мин остановкой для выполнения технологических работ. Во время остановки ТАБ заряжается от СБ.

Результаты расчета основных интегральных показателей АТС с КЭУ (расходов топлива (2, степени заряженности ТАБ (СЗ), получаемой от СБ энергии Т¥сб, пробега автомобиля Ь) для первого сценария движения автомобиля приведены на рис. 20, а, второго сценария - 20, б.

Ощутимый эффект снижения расхода топлива ДВС (4,07 л/100км) при движении автомобиля по первому сценарию объясняется возможностью увеличения времени работы ТЭП с последующей компенсацией дефицита электроэнергии солнечной энергией в течение дня. При интенсивной эксплуатации автомобиля в течение солнечного дня получена экономия топлива 1,54 л/100км.

Рис. 20. Топливно-экономические показатели КЭУ, включающей СБ

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. На основе анализа перспективных направлений совершенствования ТЭП АТС обоснована обобщенная структура однодвигательного электропривода переменного тока на базе АД и СДПМ, которая обеспечивает высокое быстродействие и высокую точность регулирования момента, предельную эксплуатацию привода по моменту, мощности при высокой энергетической эффективности и надежности.

2. На основании метода изменения масштаба вектора потокосцепления ротора, в работе получены математические модели с учетом основных видов потерь в АД, отличающиеся уменьшением числа параметров по сравнению с моделью, основанной на традиционной Т-образной схеме замещения. Это позволяет повысить точность моделирования электромагнитных процессов в АТЭП при незначительном повышении вычислительного объема, эффективно определить оптимальные законы управления рабочими режимами АД, упростить задачу идентификации их параметров.

3. В работе обоснована и доказана целесообразность выбора критериев минимума суммарных потерь и максимума перегрузочной способности в качестве основных критериев оптимальности для АТЭП. Разработана методика управления АТЭП по отмеченным оптимальным критериям при соблюдении ограничений на ресурсы силовых агрегатов.

4. На основании уравнений динамики электромагнитного момента разработана методика ПУМ АД в обобщенной системе координат, которая позволяет создать новые системы управления моментом и скоростью АТЭП с высокими энергетическими и динамическими качествами. Среди возможных структур систем ПУМ-ШИМ перспективной для применения в АТС, где требует регулирования момента и скорости АД в широких пределах, является система с регулированием потокосцепления статора в неподвижной системе координат. Предложенные системы ПУМ-ШИМ отличаются от классических систем векторного управления простотой исполнения. По сравнению с классическими системами ПУМ, построенными на основе гистерезисных регуляторов момента, потокосцепления статора и таблицы оптимальных переключении силовых ключей инвертора, разработанные системы ПУМ обладают пониженными коммутационными потерями благодаря возможности поддержания частоты переключения ключей постоянной при формировании

НаПрЯЖения обмоток затора существующими методами ШИМ. Предложенная методика ПУМ АД обеспечивает высокую динамику контуров регулирования момента и магнитного потока, что позволяет эффективно реализовать оптимальные режимы работы АТЭП по минимуму потерь максимуму перегрузочной способности, в которых магнитное состояние АД должно быть изменено в широких пределах в зависимости от скоростных режимов автомобиля.

5. Разработан комплекс алгоритмов для динамической идентификации параметров АД и труднодоступных к измерению переменных величин АТЭП на основе метода скоростного градиента, который гарантирует высокую точность и устойчивость процесса идентификации. Предложены рациональные решения задачи повышения отказоустойчивости АТЭП при нарушении работоспособности различных датчиков в системе путем наблюдения «потерянных» данных на основе информации, полученной от исправных измерителен, и при необходимости изменить структуры системы управления ТЭП для обеспечения их дальнейшего функционирования.

6. Теоретически, систему управления СДПМ можно построил, по методике ПУМ-ШИМ, предложенной для АД. Из-за сложности вычисления момента и потокосцепления статора явнополюсных СДПМ в неподвижной системе координат системы ПУМ не имеют явных преимуществ по вычислительной интенсивности в сравнении с классическими векторными системами, в которых регулированы проекции вектора тока статора в ориентированной по ротору системе координат. Однако энергетические показатели предложенных систем ПУМ-ШИМ выше, чем классические системы векторного управления. Это можно объяснить тем, что в системах ПУМ-ШИМ возможно регулирование магнитного потока, что приводит к снижению уровня пульсации потокосцепления, токов статора двигателя, ТАБ, и в общем итоге, к повышению энергетической эффективности ТЭП.

7 Разработана математическая модель солнечного элемента, которая при своей простоте аппроксимирует ВАХ с погрешностью не больше 5%. На основе этой модели разработана математическая модель СБ с учетом освещенности, температуры воздуха и скорости движения АТС, что адаптирует ее к транспортным условиям эксплуатации. Разработанная модель СБ позволяет предложить алгоритм ее регулирования по максимальной мощности, отличающийся от известных простотой реализации и быстродействием процесса поиска оптимальных рабочих режимов.

8 Созданы математические и компьютерные модели, позволяющие провести комплексное исследование взаимосвязей электромагнитных, механических процессов, тягово-тормозных свойств, энергетических показателей городских АТС с различными типами энергоустановки (ДВС, ТАБ, СБ, ЕНЭ), электродвигателей (АД СДПМ, ВИМ) при различных схемах исполнения механической части тяговой системы. Результаты, полученные на модели, имеют расхождение: с экспериментальными исследованиями системы ТЭП автомобиля УАЭ-3153 с ГСУ в пределах 5... 15%; с экспериментальными исследованиями системы прямого управления моментом и идентификации параметров АД в пределе 5%; с экспериментальными исследованиями СГУ на базе ВИМ и КЭУ, состоящей из ТАБ и ЕНЭ, не более 8%. Это свидетельствует об адекватности разработанных в работе теоретических положений.

9 На базе разработанной компьютерной модели СТП АТС проведены исследования путей повышения топливно-энергетических показателей ГСУ параллельного типа, установленного на экспериментальном образце автомобиля УАЗ 3153 МГТУ «МАМИ». Доказана возможность снижения расходов топлива ДВС путем замены свинцово-кислотных тяговыми аккумуляторными батареями с более высокой удельной мощностью. Например, применение NiMH ТАБ позволит снизить путевой расход топлива ДВС на 1,5...1,8 л/100км при движении автомобиля по городскому циклу ЕЭК ООН.

10 Установлено, что дальнейшего снижения расходов топлива ДВС можно достичь при применении СБ для увеличения количества электроэнергии, вырабатываемой на борту автомобиля. При условиях солнечного освещения вс Вьетнаме использование СБ площадью 4м2, КПД 15% совместно с NiMI ТАБ, в зависимости от интенсивности эксплуатации автомобиля можно сни зить путевой расход топлива ДВС в пределе 1,5 ... 4 л/100км.

11 Применение метода оптимального управления по минимуму суммарных по терь в АТД позволяет снизить потери энергии ТЭП в пределах 2...8/о п сравнению с методом поддержания постоянным потокосцепления ротора н номинальном уровне. Эффект экономии электроэнергии выражается боле ярко при более низких постоянных скоростях движения автомобиля.

12 Проведенные исследования топливно-энергетических показателей ГСУ ш раллельного типа с АТЭП и СБ подтвердили целесообразность и необхода мость ее внедрить во Вьетнаме для решения эколого-экономических пр< блем, обусловленных традиционными автомобилями с ДВС.

Основные работы, опубликованные по теме диссертации Монография

1. Е.М. Овсянников, Нгуен Куанг Тхиеу. Тяговые электроприводы и устройства энергообеспечения автотранспортных средств. - М.: Изд. «Палеотип» -2009.-244 с.

Патент

1. Овсянников Е.М., Нгуен Куанг Тхиеу, Абассов Э.М.О. Патент № 86815 РФ, МПК Н02Р. Многодвигательный реверсивный электропривод с компенсацией кинематических люфтов. - Заявка № 2009108666; заявлено 11.03.2009, зарегистрировано в Государственном реестре полезных моделей РФ 10.09.2009.

Статьи в журналах, входящих в Перечень ВАК

1. Нгуен Куанг Тхиеу. Система бездатчикового управления моментом и частотой вращения асинхронного двигателя // Электротехника. - 2012. - № 2. - С. 11-15.

2. Нгуен Куанг Тхиеу, Клюкин П.Н. Повышение отказоустойчивости тяговых электроприводов гибридных автомобилей при отказе средств измерения // Электроника и электрооборудование транспорта. - 2012. -№ 1. - С. 37-40.

3. Овсянников Е.М., Нгуен Куанг Тхиеу. Система прямого управления моментом частотно-регулируемого асинхронного электропривода // Промышленная энергетика. - 2011. - № 12. - С. 44-47.

4. Нгуен Куанг Тхиеу, Клюкин П.Н. Адаптивная идентификация параметров тяговых асинхронных электродвигателей гибридных автомобилей II Электроника и электрооборудование транспорта. - 2011. - № 5-6. - С. 36-39.

5. Панарин А.Н., Нгуен Куанг Тхиеу, Клюкин П.Н. Особенности проектирования автомобильных стартер-генераторов вентильно-индукторного типа // Автомобильная промышленность.-2011.- № 10.-С. 10-12.

6. Овсянников Е.М., Нгуен Куанг Тхиеу. Методика синтеза системы прямого управления моментом тяговых асинхронных электроприводов II Известия МГТУ «МАМИ». - 2011. - № 2(12). - С. 41-45.

7. Нгуен Куанг Тхиеу, Клюкин П.Н. Структура системы управления тяговым электроприводом гибридных автомобилей // Автомобильная промышленность. - 2011. - № 8. - С. 17-19.

8. Овсянников Е.М., Нгуен Куанг Тхиеу. Анализ и синтез системы прямого управления моментом тягового асинхронного электродвигателя II Электротехника. Электроэнергетика. Электротехническая промышленность. - 2010 -№ 3. - С. 18-21.

9. Нгуен Куанг Тхиеу, Клюкин П.Н. Управление моментом тягового асинхронного электропривода гибридной силовой установки автомобилей // Электроника и электрооборудование транспорта. - 2011. - № 2-3. - С. 41-44.

Ю.Нгуен Куанг Тхиеу, Марков В.В. Рациональные законы управления тяговым асинхронным электроприводом // Известия МГТУ «МАМИ». - 2011 - № 1(11).-С. 70-75.

П.Нгуен Куанг Тхиеу, Юпокин П.Н. Современные автомобильные стартер-генераторы и системы управления ими // Грузовик. - 2011. - № 9. - С. 7-12.

12,Овсянников Е.М., Нгуен Куанг Тхиеу, Клюкин П.Н. Аналитическое исследование оптимальных режимов тягового асинхронного электропривода // Электроника и электрооборудование транспорта. -2011. - № 1. - С. 6-11.

13.0всянников Е.М., Нгуен Куанг Тхиеу. Система прямого управления моментом и потокосцеплением ротора асинхронного электродвигателя // Известия ВУЗов, Серия «Машиностроение». - 2011. - № 7. - С. 27-30.

М.Петленко Б. И., Гурьянов Д. И., Нгуен Куанг Тхиеу. Управление асинхронным электроприводом электромобиля с топливными элементами при минимуме потерь и максимуме перегрузочной способности // Автотракторное электрооборудование. - 2005. - № 3. - С. 3-8.

15.А.А. Эйдинов, А.К. Краснов, Нгуен Куанг Тхиеу. Перспективны водородной энергетики для автотранспортных средств // Автотракторное электрооборудование. - 2004. - № 1-2. - С. 18-21.

16.Б.И. Петленко, Нгуен Куанг Тхиеу. Реформирование углеводородов на борту автомобиля. Проблемы и перспективы // Автотракторное электрооборудование. - 2004. - № 4. - С. 17-20.

П.Нгуен Куанг Тхиеу, До Ван Зунг. Анализ метеоусловий республики Вьетнам для создания солнцемобиля // Автотракторное электрооборудование. - 2004. -№ 6.-С. 24-26.

18.Д.И. Гурьянов, Нгуен Куанг Тхиеу. Принцип построения системы энергоснабжения солнцемобиля // Автотракторное электрооборудование. - 2004. -№ 7. - С. 24-26.

19.Нгуен Куанг Тхиеу. Управление электрохимическими генераторами автомобилей // Автотракторное электрооборудование. - 2004. - № 9. - С. 26-28.

20.Нгуен Куанг Тхиеу, Гурьянов Д.И., Строганов В.И. Математическое моделирование аккумуляторов при разряде их токами от холостого хода до короткого замыкания // Наука производству. - 2004. - № 8. - С. 66-68.

Статьи в журналах и трудах конференций

21.Рациональные характеристики электромобиля / Д.И. Гурьянов, В.Н. Луцен-ко, А.Н. Гурьянов, Д.А. Карпов, Нгуен Куанг Тхиеу // Машиностроитель. -1999.-Х» 10. — С. 15-18.

22.Д.И. Гурьянов, Нгуен Куанг Тхиеу, До Ван Зунг. Энергетический баланс городского солнцемобиля // Машиностроитель. -1999. - № 10. - С. 23-25.

■ 23.Б.И. Петленко, Hi-уен Куанг Тхиеу, Д.И. Гурьянов, В.Н. Луценко. Закономерности построения тяговой характеристики солнцемобиля. // Машиностроитель. -1999. - № 10. - С. 24-28.

24.Б.И. Петленко, Д.И. Гурьянов, Нгуен Куанг Тхиеу. Управление релейным электроприводом электромобиля по минимуму потерь // Машиностроитель. - 2000. — № 10.-С. 11-14.

25.Ле Х.Ф., Нгуен К.Т. Прямое управление моментом тяговых асинхронных электродвигателей гибридных автомобилей // Машиностроитель. - 2010. - № 6. - С. 52-57.

2б.Математическое моделирование системы ДВС - вентильный стартер-генератор. / Долбилин Е.В., Марков В.В., Нгуен Куанг Тхиеу, Овсянников ü.M., Урдин Д.А. // Сб. научн. тр. межд. научн.-техн. конф. Ассоциации автомобильных инженеров (ААИ) «Автомобиле- и тракторостроение в России-Приоритеты развития и подготовка кадров». - М.: МАМИ, 2010 27.0всянников Е.М., Нгуен Куанг Тхиеу, Нгуен Хак Туан. Управление тяговым асинхронным электроприводом гибридных автомобилей по минимуму потерь и максимуму перегрузочной способности // Сб. научн. тр. 65-ой межд. научн.-техн. конф. Ассоциации автомобильных инженеров (ААИ) «Приоритеты развития отечественного автотракторостроения и подготовки инженерных и научных кадров». - М.: МАМИ, 2009.

28.Нгуен Куанг Тхиеу, До Ван Зунг. Синтез систем управления тяговым асинхронным электроприводом гибридных автомобилей в скользящих режимах // Сб. научн. тр. 65-ой межд. научн.-техн. конф. Ассоциации автомобильных инженеров (ААИ) «Приоритеты развития отечественного автотраеторо-строения и подготовки инженерных и научных кадров». - М ■ МАМИ 2009

29.Нгуен Куанг Тхиеу, До Ван Зунг. Адаптивная идентификация параметров тяговых асинхронных электродвигателей в реальном масштабе времени // Сб научн. тр. 65-ой межд. научн.-техн. конф. Ассоциации автомобильных инженеров (ААИ) «Приоритеты развития отечественного автотракторостроения и подготовки инженерных и научных кадров». - М.: МАМИ 2009

30.Петленко Б.И., Нгуен Куанг Тхиеу. Обобщенная математическая модель автотранспортных средств с электроприводом // Сб. научн. тр. 5-ого междунар симпозиума «Элмаш-2004. Перспективы и тенденции развития электротехнического оборудования».-Москва, 11-15 октября 2004.-Т. II -С 135

31.Петленко Б.И., Нгуен Куанг Тхиеу. Системы управления химическими генераторами в автомобилях с топливными элементами. // Сб. научн тр 5-ого междунар. симпозиума «Элмаш-2004. Перспективы и тенденции развития электротехнического оборудования». Москва, 11-15 октября 2004 - Т II -С. 136-137. '

32.Петленко Б.И., Нгуен Куанг Тхиеу. Обобщенная математическая модель бортовых вентильных преобразователей автотранспортных средств с электроприводом // Сб. научн. тр. Всеросс. науч.-техн. конф. «Проблемы электротехники, электроэнергетики и электротехнологии». - Тольятти 2004

33.Петленко Б.И., Нгуен Куанг Тхиеу. Рациональные стругауры системы управления электрохимическими генераторами в автомобилях с топливными элементами // Сб. научн. тр. Всеросс. науч.-техн. конф. «Проблемы электротехники, электроэнергетики и электротехнологию). - Тольятти, 2004

34.Нгуен Куанг Тхиеу. Анализ взаимосвязей и процессов в солнцемобиле солнечной батареей и емкостными накопителями энергии // Межвуз. сб. * уч. тр. «Электротехнические системы автотранспортных средств и их роб газированных производств». - М.: МАМИ, 1997. - С. 41-45.

35.Б.И. Петленко, Д.И. Гурьянов, Нгуен Куанг Тхиеу. Оптимайзер ко бинированной энергоустановки солнцемобиля // Сб. научн. тр. 4-ой меж; нар. конф. «Нетрадиционные электромеханические и электрические сис мы».-SZCZECIN, 1999.-Т. З.-С. 1411-1416.

36.Нгуен Куанг Тхиеу, До Ван Зунг. Процессы энергопреобразования в горе ском солнцемобиле // Сб. научн. тр. 4-ой междунар. конф. «Нетрадиционн электромеханические и электрические системы». - SZCZECIN, 1999. - Т. 3 С. 1417-1420.

37.Трансмиссии гибридного электромобиля / Гурьянов Д.И., Макаров А. Корчак С.А., Нгуен Куанг Тхиеу, Лю Сяо Кан // Сб. научн. тр. 4-ой меж; нар. конф. «Нетрадиционные электромеханические и электрические сис мы».-SZCZECIN, 1999.-Т.З.-С. 1402-1404.

38.Д.И. Гурьянов, А.Н. Прохоров, Нгуен Куанг Тхиеу. Рациональный закон р гона автомобиля // Межвуз. сборник науч. трудов. «Наука, техника, обра вание г. Тольятти и Волжского региона». - Тольятти: ТолПИ, 1999. - Ч. ? С. 377-381.

39.Д.И. Гурьянов, В.Н. Луценко, Нгуен Куанг Тхиеу. Техни эксплуатационные показатели автомобилей с КЭУ. Межвуз. сборник на трудов. «Наука, техника, образование г. Тольятти и Волжского региона): Тольятти: ТолПИ, 2000. -Ч. 2. - С. 145-149.

40.Нгуен Куанг Тхиеу. Многоуровневая математическая модель экологиче* чистых транспортных средств с электроприводом // Тез. 49-ой междунар. учн.-техн. конф. сим-а Ассоциации автомобильных инженеров Poci «Приоритеты развития отечественного автотракторостроения и подгото инженерных и научных кадров». - М.: МАМИ, 2005.

41.Петленко Б.И., Д.И. Гурьянов, Нгуен Куанг Тхиеу. Экстремальное ynpai ние тяговой системой современных электромобилей с асинхронным Э1 троприводом // Тез. 49-ой междунар. научн.-техн. конф. сим-а Ассоциа] автомобильных инженеров России «Приоритеты развития отечествен!) автотракторостроения и подготовки инженерных и научных кадров». -МАМИ, 2005.

42.Петленко Б.И., Гурьянов Д.И., Нгуен К.Т. Аналитико-алгоритмическая дель легких солнцемобилей с солнечной батареей и емкостным накопите энергии // Тез. междунар. науч.-техн. конф. «100 лет Российскому автомс лю. Промышленность и высшая школа». - М.: МАМИ, 1996. - С. 65.

43.Нгуен Куанг Тхиеу. Система автоматического регулирования движе солнцемобилей с солнечной батареей и емкостным накопителем энерге Тез. междунар. научн.-тех. конф. «100 лет российскому автомобилю. Г мышленность и высшая школа». - М.: МАМИ, 1996. - С. 70.

44.Нгуен Куанг Тхиеу, Лю Сяо Кан. Выбор характеристик комбинированной энергоустановки городского солнцемобиля // Тез. 2-й междунар. научн.-техн конф. «Проблемы автоматизированного электропривода». -Ульяновск, 1998.

173-174.

45.Нгуен Куанг Тхиеу. Городской солнцемобиля с релейным электроприводом // Тез. 2-й междунар. научн.-техн. конф. «Проблемы автоматизированного электропривода». - Ульяновск, 1998.-С. 174-175.

46.Петленко Б.И, Гурьянов Д.И., Нгуен Куанг Тхиеу. Аналитическое конструирование городского солнцемобиля // Тез. Всерос. электротехн. к.-са с междунар. участием «На рубеже веков: итога и перспективы». - Москва, 1999. -С.116.

47.Нгуен Куанг Тхиеу. Закономерности работы солнечной и аккумуляторной батарей на борту электромобиля // Тез. Всерос. электротехн. к.-са с междунар. участием «На рубеже веков: итоги и перспективы». - Москва, 1999. -С. 120«

48.Нгуен Куанг Тхиеу, А.Н. Гурьянов, ДА. Карпов. Энергетика релейного электропривода и алгоритмы управления им по минимуму потерь И Тез. научно-техн. конф. «Системные проблемы качества математического моделирования и информационных технологий». - Москва, 1999. - С 63-65

49.Д.И. Гурьянов, Нгуен Куанг Тхиеу, В.Н. Луценко. Нагрузочный контур стендового комплекса испытания трансмиссий. И Тез. научно-техн. конф. «Системные проблемы качества математического моделирования и информационных технологий». - Москва, 1999.-С. 67-68.

50.Д.И. Гурьянов, Нгуен Куанг Тхиеу, В.Н. Луценко. Релейный элеетропривод электромобиля И Тез. научно-техн. конф. «Системные проблемы качества математического моделирования и информационных технологий». - Москва 1999.-С. 68-70. '

51.Б.И. Петленко, Д.И. Гурьянов, В.Н. Луценко, Нгуен Куанг Тхиеу. Тяговая характеристика городского солнцемобиля II Тез. междунар. научн. сим-а «Автотракторостроение. Промышленность и высшая школа». - М • МАМИ 1999.-С. 22-24.

52.Рационализация взаимосвязей и закономерностей городского электромобиля / Д.И. Гурьянов, Нгуен Куанг Тхиеу, В.Н. Луценко, А.Н. Гурьянов, Д.А. Карпов // Тез. междунар. научн. сим-а «Автотракторостроение. Промышленность и высшая школа». - М.: МАМИ, 1999. - С. 24-26.

53.Д.И. Гурьянов, Нгуен Куанг Тхиеу, До Ван Зунг. Энергозатраты солнцемобиля // Тез. междунар. научн. сим-а «Автотракторостроение. Промышленность и высшая школа». - М.: МАМИ, 1999. - С. 27-29.

54.Методы имитации нагрузок тяговых трансмиссий / A.C. Корчак, Нгуен Куанг Тхиеу, А.Н. Трохачев, К.Х. Узбеков И Тез. междунар. научн. сим-а «Автотракторостроение. Промышленность и высшая школа». -М • МАМИ, 1999 -С. 29-30.

55.Методы имитации нагрузок тяговых трансмиссий / A.C. Корчак, Нгуен Ку-анг Тхиеу, А.Н. Трохачев, К.Х. Узбеков // Тез. междунар. научн. сим-а «Автотракторостроение. Промышленность и высшая школа». - М.: МАМИ, 1999.-С. 29-30.

5б.Электромагнитные процессы в релейном электроприводе / Д.И. Гурьянов, Нгуен Куанг Тхиеу, В.Н. Луценко, В.Д. Шахов // Тез. междунар. научн. сим-а «Автотракторостроение. Промышленность и высшая школа». - М.: МАМИ, 1999.-С. 30-33.

57. «Эльф-Электро», питаемый от солнечной батареи / Д.И. Гурьянов, Макаров А.К., Кузьмин A.C., Нгуен Куанг Тхиеу // Тез. междунар. научн. симп. «Приоритеты развития отечественного автотракторостроения и подготовки кадров». - М.: МАМИ, 2000. - С. 36-38.

Нгуен Куанг Тхиеу

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук «Развитие теории и методы повышения энергоэффектавности однодвигательных тяговых электроприводов автотранспортных средств»

Подписано в печать Заказ ¿Объем 1,0 п.л. Тираж 100

Бумага типографская_Формат 60x90/24____

МШУ (МАМИ) /Университет машиностроения/, 107023, Москва, Б. Семёновская ул., дом 38

Введение

1. Анализ путей повышения технико-эксплуатационных показателей тяговых электроприводов (ТЭП) автотранспортных средств (АТС)

1.1. Системы тягового привода АТС с ТЭП: общие сведения.

1.1.1. Классификация систем тягового привода АТС с ТЭП.

1.1.2. Способы построения системы тягового привода АТС с ТЭП.

1.1.3. Система управления тяговым приводом АТС с однодвигательным ТЭП.

1.2. Рациональные пути совершенствования ТЭП АТС.

1.2.1. Основные требования к ТЭП АТС и пути их совершенствования.

1.2.2. Состояние и перспективы развития элементов одно двигательного ТЭП АТС.

1.2.3. Критерии оптимизации одно двигательного ТЭП АТС.

1.3. Структуры однодвигательного ТЭП переменного тока.

1.3.1. Анализ современных систем управления ТЭП переменного тока.

1.3.2. Обобщенная структура однодвигательного ТЭП переменного тока.

Выводы.

2. Рациональные законы управления ТЭП АТС.

2.1. Математические модели асинхронного двигателя (АД) с учетом потерь в стали.

2.2. Основные энергетические показатели АД.

2.3.Предельные характеристики АД по перегрузочной способности с учетом ограничений по магнитному потоку, току и напряжению статора.

2.4. Оптимальные режимы работы асинхронного ТЭП.

2.4.1. Оптимальные режимы работы АД.

2.4.2. Условие минимума суммарных потерь в АД при несинусоидальных напряжениях и токах.

2.4.3. Оптимальный режим работы асинхронного ТЭП по критерию минимума суммарных потерь.

2.4.4. Предельные характеристики и энергетические показатели

АД при различных законах оптимального управления.

2.4.5. Влияние параметров АД на его оптимальные режимы.

2.5.Методика управления асинхронным ТЭП по минимуму потерь и максимуму перегрузочной способности.

2.6. Оптимальные режимы работы синхронного двигателя с постоянными магнитами (СДПМ) по максимуму перегрузочной способности и минимуму потерь.

2.6.1. Предельные электромеханические характеристики СДПМ при ограничениях по току и напряжению.

2.6.2. Аналитическое определение условия минимума потерь в СДПМ.

Выводы.

3. Системы прямого управления моментом (ПУМ) тяговых электроприводов переменного тока

3.1. Уравнения динамики электромагнитного момента АД.

3.2. Синтез систем ПУМ АД.

3.2.1. Синтез системы ПУМ и потокосцеплением ротора в обобщенной системе координат.

3.2.2. Синтез системы ПУМ и потокосцеплением статора в обобщенной системе координат.

3.2.3. Системы ПУМ АД, ориентированные по полям ротора и статора.

3.2.4. Сравнительный анализ энергетический показателей асинхронных ТЭП при различных способах управления

3.3. Адаптивная идентификация параметров и переменных состояния АД.

3.3.1. Свойства уравнений АД в задачах адаптивной идентификации его параметров и скорости.

3.3.2. Идентификация полной индуктивности обмотки статора

3.3.3. Идентификация активных сопротивлений обмоток статора, ротора и частоты вращения ротора АД.

3.4. Повышение отказоустойчивости асинхронного ТЭП при отказе средств измерений.

3.4.1. Наблюдатель переменных состояния асинхронного ТЭП

3.4.2. Рациональные системы управления асинхронным , ТЭП АТС при отказе датчиков.

3.5. Система прямого управления моментом синхронного двигателя с постоянными магнитами.

Выводы.

4. Математическое моделирование источников электропитания тягового электропривода автотранспортных средств.

4.1. Математическое моделирование тяговых аккумуляторных батарей (ТАБ).

4.1.1. Определение параметров схемы замещения ТАБ.

4.1.2. Синтез систем регулирования напряжения и тока ТАБ в составе ТЭП.

4.2. Математическое моделирование солнечной батареи.

4.2.1. Математические модели солнечного элемента.

4.2.2. Математическая модель солнечной батареи.

4.2.3. Методика расчета солнечной батареи для АТС.

4.3.Математическое описание комбинированных энергетических установок (КЭУ).

4.3.1. Аналитическое описание вольтамперных характеристик емкостных накопителей энергии.

4.3.2. Математическое описание КЭУ, состоящей из ТАБ и емкостного накопителя энергии.

Выводы.

5. Математическое описание систем тягового привода АТС с ТЭП.

5.1. Обобщенная блок-схема модели системы тягового привода АТС с гибридной силовой установкой (ГСУ) параллельного типа.

5.2.Математическое описание подмодели ДВС.

5.3. Математическое описание подмодели «трансмиссия» ГСУ параллельного типа.

5.4.Математическое описание подмодели «тяговый электропривод» переменного тока на базе АД, СДПМ.

5.5.Математическое описание стартер-генераторного устройства (СГУ) на базе вентильно-индукторной машины (ВИМ).

5.5.1. Конструкция и принцип действия СГУ на базе ВИМ.

5.5.2. Математическое описание ВИМ.

Выводы.

6. Экспериментальные и численные исследования тяговых электроприводов и комбинированных энергоустановок автотранспортных средств.

6.¡.Экспериментальные исследования и проверка адекватности математической модели ГСУ параллельного типа.

6.2. Экспериментальные исследования асинхронного электропривода с прямым управлением моментом.

6.3.Экспериментальные исследования СГУ на базе ВИМ и КЭУ, состоящей из ТАБ и емкостного накопителя энергии.

6.4. Пути повышения энергетической эффективности ГСУ параллельного типа.

6.5. Энергетическая эффективность асинхронных ТЭП с применением алгоритма управления по минимуму потерь.

Бурное развитие автомобилестроения привело к экологической проблеме, связанной с выбросами токсичных отработавших газов двигателей внутреннего сгорания (ДВС) автотранспортных средств (АТС), которые наносят огромный ущерб здоровью людей и окружающей среде. Данная проблема особенно остро стоит в крупных мегаполисах. Наряду с этим существует угроза мирового энергетического кризиса, поскольку запасы нефтепродуктов ограничены.

Если с вредными выбросами еще можно бороться совершенствованием конструкций и рабочих процессов ДВС, улучшением качеств топлива, применением современных катализаторов выхлопных газов, использованием новых видов топлива [36, 92, 128], то эти меры не позволяют полностью решить проблемы снижения расходов топлива, обусловленные неэкономичной эксплуатацией ДВС при движении АТС в городе. Это недоиспользование мощности двигателя из-за ограниченной скорости движения, вследствие чего ДВС работает с повышенными удельными расходами топлива; безвозвратные потери накопленной кинетической энергии при выбеге, торможении; бесполезные потери энергии, вырабатываемой ДВС в режиме холостого хода.

К настоящему времени рациональный путь решения эколого-экономических проблем традиционных автомобилей определен - создание принципиально новых типов АТС с применением тягового электропривода (ТЭП), который может самостоятельно или совместно с ДВС приводить в движение автотранспорт. При этом источник питания тягового электродвигателя (ТЭД) может быть различным по физической природе: ДВС-генераторная установка, электрохимический генератор (ЭХГ) на базе топливных элементов, тяговая аккумуляторная батарея (ТАБ), емкостный накопитель энергии (ЕНЭ), маховиковый накопитель энергии, солнечная батарея и т.п., а также всевозможные комбинированные энергетические установки (КЭУ), построенные на основе гибридизации этих источников [1, 8, 19.22, 46, 47, 64, 90, 102, 103, 113, 114, 190. 199, 204].

В работе «Тяговый электропривод» АТС означает электромеханическую систему, предназначенную для приведения в движение транспортного средства, состоящую из энергоустановки (ЭУ), электропривода ведущих колес и системы управления.

Под энергоустановкой подразумевается комплекс источников и преобразователей запасенной энергии в электрическую, устройств для ее сохранения, вспомогательных систем, предназначенный для питания электропривода колес. ЭУ может быть однотипной или комбинированной.

Электропривод ведущих колес включает тяговый электродвигатель с соответствующим вентильным преобразователем, передаточное устройство для передачи потока мощности, развиваемый ТЭД, ведущим колесам АТС.

В составе системы управления ТЭП входят аппаратные и программные средства, предназначенные для управления процессом преобразования энергии.

Данное определение ТЭП выведено и обобщено из определения «системы тягового электропривода электромобиля», предложенного в работах [91, 106].

В целом применение ТЭП позволяет создать АТС с новыми качествами:

- нулевыми расходами углеводородного топлива и вредными выбросами при исключении ДВС из системы тягового привода АТС и использовании в качестве основного источника энергии на борту автомобиля энергоемких ТАБ или ЭХГ; автомобили с ТЭП, питаемыми от этих энергоустановок, получили названия «электромобиль» и «электромобиль с топливными элементами»;

- уменьшенными расходами топлива и вредными выбросами при применении гибридных силовых установок (ГСУ), созданных на базе ДВС и ТЭП, который обеспечивает движение АТС при «пиковых» динамических нагрузках и неблагоприятных условиях работы ДВС, что характерно для городских ездовых условий. При торможении ТЭП позволяет рекуперировать часть кинетической энергии, накопленной в фазе разгона, в накопители электроэнергии. Такие автомобили часто называют «гибридными», причем существует еще более общее название -АТС с КЭУ. В зависимости от энергоемкости, мощности используемых накопителей и ТЭД, можно сэкономить до 50% удельных расходов топлива, снизить в несколько раз выбросы токсичных веществ ГСУ по сравнению с традиционной силовой установкой на базе ДВС [35, 122, 156]. Кроме того, имеется возможность применения ДВС с уменьшенной мощностью при достаточной мощности ТЭП; существенного снижения теплового излучения и шума ДВС, что улучшает качество техники двойного назначения.

В зависимости от способа привода колес, наличия ДВС - генераторной установки, тяговый электропривод ведущих колес может быть однодвигательным и много двигательным.

К АТС с многодвигательным ТЭП относятся гибридные автомобили последовательной или последовательно-параллельной структуры, гибридные автомобили и электромобили с индивидуальным приводом колес или с приводом колес, выполненным в виде «мотор-колесо». Характерной особенностью систем ТЭП данных АТС является наличие не менее двух электродвигателя.

В тяговых системах АТС с однодвигательным тяговым электроприводом используется один тяговый электродвигатель. Следует отметить, что однодвигательным является перспективный вид ТЭП благодаря своей простоте структуры. Однодвигательный ТЭП находит применение в современных и перспективных гибридных автомобилях параллельной структуры, электромобилях с приводом колес, выполненным в виде «мотор-ось». В связи с этим в диссертационной работе выбран в качестве исследуемого объекта однодвигательный ТЭП.

Основным фактором, сдерживающим широкомасштабное внедрение новых видов АТС с ТЭП, является высокая стоимость самого электропривода, обусловленная в основном его дорогостоящими источниками/накопителями энергии с ограниченной энергоемкостью и мощностью. Следовательно, обеспечение высоких технико-эксплуатационных свойств ТЭП, таких как энергетическая эффективность, тягово-тормозные свойства, надежность, играет ключевую роль при построении новых видов городских АТС.

Созданием и совершенствованием АТС с КЭУ, включая их неотъемлемых отдельных подсистем (ДВС, источников, накопителей электроэнергии, ТЭП, механической трансмиссии), в разное время занимались и занимаются такие ученые, как: C.B. Бахмутов [35, 122], Н.В. Гулиа [20], И.С. Ефремов [106], Д.Б. Изосимов [30.32], В.Ф. Каменев [36, 120], И.П. Ксеневич [41], Ю.С. Кустарев [44], В.Ф. Кутенев [45], В.В. Лохнин [48], Е.М. Овсянников [68.71], Б.И. Петленко [81.85], А.П. Пролыгин [91, 106], В.В. Селифонов [35, 101, 122], В.А. Умняшкин [111], Н.В. Филькин [113], A.A. Эйдинов [120, 121, 128], В.Е. Ютг [127], А.И. Яковлев [128] и многие другие.

В разработке и создания АТС с КЭУ принимают активное участие ОАО «АвтоВАЗ», ОАО «УАЗ», ОАО «КамАЗ», ОАО «ИжМаш», ФГУП «НАМИ», ФГУП НИИАЭ, ОАО НЛП «КВАНТ», МГТУ «МАМИ», МАДГТУ (МАДИ), МЭИ (ТУ), Новосибирский электротехнический университет, и другие производственные и научно-исследовательские организации.

Большой вклад в решение общих проблем энергосбережения электроприводов, создания их методов управления; создания теоретических и практических основ для исследования, разработки и совершенствования ТЭП различных видов транспортных средств внесли Российские и мировые ученые различных научных школ: В.Н. Аносов [4], И.Я. Браславский [126], Д.А. Бут, И.С. Ефремов [106], Б.А. Ивоботенко, Н.Ф. Ильинский [33], Ю.М. Иньков [34], И.П. Исаев [107], H.A. Ро-танов [27], В.П. Рубцов [98], В.П. Феоктистов [34], Р.Т. Шрейнер [119], Blaschke F. [134], Bose B.K. [135], Depenbrock M. [143], Holtz Joachim [157], Jahns T.M. [159], Kazmierkowski M.P. [169], Kubota Hisao [154], Levi Emil [145], Lipo T.A. [171], Lorenz R.D. [133], Noguchi Т., Takahashi I. [189] и многие другие. Работы этих авторов, безусловно, имеют большое теоретическое и практическое значение для разработок по созданию ТЭП АТС. ;

Несмотря на большое количество публикаций, посвященных созданию АТС с КЭУ, вопросы теоретических и фундаментальных исследований, направленных на разработку эффективных систем управления ТЭП, обеспечивающих их высокие технико-эксплуатационные показатели, не получили достаточного развития. Это связано с тем, что создание таких АТС является основным современным направлением разработок всех мировых автомобилестроителей. Производители зачастую «закрывают» научную информацию о созданной продукции, что затрудняет дальнейшее развитие ТЭП для АТС. Таким образом, в настоящее время повышение эксплуатационных свойств тяговых электроприводов АТС является важной научной проблемой, которую необходимо решить для создания конкурентоспособных новых видов автотранспорта, а научно-исследовательские и практические работы, посвященные решению данной проблемы, несомненно, актуальны.

Проведенные в работе исследования направлены на решение научной проблемы повышения технико-эксплуатационных показателей наиболее перспективных ТЭП на базе асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором (АД), синхронного двигателя с постоянными магнитами (СДПМ), и КЭУ, состоящих из различных типов источников, накопителей энергии (ДВС, ТАБ, ЕНЭ, СБ).

Представлены два возможных пути повышения энергетических показателей, быстродействия и надежности ТЭП.

Первым из них является совершенствование методов управления ТЭП переменного тока, что позволяет предельно эксплуатировать электроприводы по перегрузочной способности при минимальных статических и динамических потерях в их силовых агрегатах, повысить быстродействие и точность регулирования момента, обеспечить высокую надежность системы управления электроприводом.

Второй путь заключается в применении различного рода КЭУ для демпфирования пиковых нагрузок ТАБ, повышения объема вырабатываемой или накапливаемой электроэнергии на борту автомобиля. Это позволяет снизить потери в ТАБ, увеличить долю участия ТЭП в процессе движения АТС, и тем самым, снизить расходы топлива, токсичные выбросы ДВС. В частности, для стран с благоприятным условием солнечного освещения имеется возможность использования солнечной энергии на АТС для восстановления части энергии, израсходованной ТАБ на обеспечение движения автомобиля.

Цель диссертационной работы: улучшение эксплуатационных свойств автотранспортных средств с тяговым электроприводом путем усовершенствования тяговых электроприводов, комбинированных энергетических установок и способов их управления.

Задачи исследования:

1. Анализ путей улучшения эксплуатационных свойств АТС с ТЭП.

2. Разработка уточненных математических моделей короткозамкнутого асинхронного двигателя (АД) с учетом потерь в стали, позволяющих повысить точность моделирования процессов энергопреобразования в ТЭП.

3. Обоснование и решение задач управления ТЭП на базе АД и СДПМ по критериям минимума потерь и максимума перегрузочной способности, как основным критериям оптимальности.

4. Разработка систем прямого управления моментом (ПУМ) АД и СДПМ с ши-ротно-импульсной модуляцией (ШИМ) питающего напряжения (систем ПУМ-ШИМ).

5. Разработка наблюдающих устройств для динамической идентификации параметров АД, электрических, электромагнитных переменных величин асинхронным тяговым электроприводом (АТЭП), необходимых для функционирования их систем ПУМ-ШИМ и решения задачи повышения отказоустойчивости ТЭП.

6. Разработка рациональных схем управления АТЭП АТС при нарушении работоспособности различных видов датчиков.

7. Разработка универсальных систем формирования задающих воздействий для контура регулирования момента тяговых электродвигателей (ТЭД) с учетом ограничений зарядно-разрядных токов и напряжений ТАБ.

8. Разработка специализированной математической модели солнечной батареи, позволяющей повысить универсальность моделирования тяговой системы АТС при достаточной точности для инженерных расчетов.

9. Разработка математических и компьютерных моделей систем тягового привода (СТП) АТС с ТЭП, позволяющих провести комплексное исследование взаимосвязей, процессов и технико-эксплуатационных свойств таких транспортных средств.

10. Реализация разработанных методик исследования в виде комплекса программных средств на ПЭВМ.

11. Проведение экспериментальных исследований, подтверждающих адекватность разработанных теоретических положений.

12. Разработка научно-обоснованных рекомендаций практического применения полученных результатов исследований.

Методы исследования. При выполнении диссертационной работы использованы методы теории электрических машин, теории электропривода, теории автоматического управления, теории автомобиля, теории электрической тяги, метод структурного моделирования сложных динамических объектов.

Исследования проводились с применением пакета прикладного программирования МаЙаЬ-БшшНпк, языка программирования С++. Основные теоретические результаты работы подтверждены экспериментальными исследованиями.

Достоверность полученных результатов исследования определяется корректностью поставленных задач, обоснованностью принятых допущений, адекватностью используемого математического аппарата и полученных моделей исследуемых процессов. Обоснованность основных выводов и рекомендаций подтверждена экспериментальными испытаниями и внедрением в практику предложенных технических решений. Результаты расчетов и математического моделирования систем тягового привода АТС с ТЭП и КЭУ удовлетворительно совпадают с результатами стендовых испытаний автомобиля УАЭ-3153 «МАМИ» с гибридной силовой установкой (ГСУ), асинхронного электропривода с прямым управлением моментом, стартер-генераторного устройства (СГУ) на базе вен-тильно-индукторной машины (ВИМ), разработанной ФГУП НИИАЭ, и КЭУ, включающей ТАБ и ЕНЭ.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Совокупность математических и компьютерных моделей СТП АТС с ТЭП и КЭУ, позволяющих проводить комплексные исследования электромагнитных, электромеханических процессов в ТЭП на базе АД, СД11М, ВИМ, интегральных показателей КЭУ и технико-эксплуатационных свойств АТС в целом.

2. Системы прямого управления моментом АД и СД11М с широтно-импульсной модуляцией питающего напряжения.

3. Методика управления асинхронным тяговым электроприводом по критериям минимума потерь и максимума перегрузочной способности.

4. Универсальные системы автоматического формирования задающих воздействий для контура регулирования момента ТЭД с учетом ограничений зарядно-разрядных токов и напряжений ТАБ.

5. Концепцию повышения отказоустойчивости системы управления АТЭП при нарушении работоспособности различных видов датчиков в системе.

6. Результаты экспериментальных исследований и моделирования электромагнитных, электромеханических процессов в СТП автомобиля с ГСУ параллельного типа, в асинхронном электроприводе с ПУМ-ШИМ, в вентильно-индукторном стартер-генераторном устройстве, их основных топливно-энергетических показателей; научно-обоснованные рекомендации по дальнейшему повышению топливной экономичности ГСУ.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Разработана методика ПУМ-ШИМ АД в произвольной ортогональной вращающейся системе координат и С ДИМ в системе координат, связанной с ротором. Реализация по предложенной методике системы управления (СУ) АД в неподвижной системе координат, связанной со статором, позволяет упростить структуру СУ электроприводом, снизить объем вычислений для управляющих микропроцессоров. Установлено, что ТЭП на базе АД и СД11М с предложенной методикой ПУМ-ШИМ имеют:

- более высокие энергетические показатели по сравнению с ТЭП, управляемыми классическими системами скалярного управления, системами ПУМ с гис-терезисными регуляторами момента и потокосцепления статора;

- высокую динамику и высокую точность регулирования момента и магнитного потока, что позволяет эффективно реализовать оптимальные законы управления ТЭП с учетом ограничений ресурса силовых агрегатов привода.

Положительные качества разработанных систем ПУМ-ШИМ в общем итоге позволяет повысить энергоэффективность ТЭП переменного тока.

2. Разработаны универсальные системы формирования задающих воздействий для контура регулирования момента ТЭД при ограничениях зарядно-разрядных токов и напряжений ТАБ, что позволяет эффективно контролировать за состоянием последней и повысить срок ее службы.

1 ^

Л. щ*/

3. Предложена концепция повышения отказоустойчивости АТЭП путем комбинирования их рациональных систем управления (частотно-токового, векторного, ПУМ-ШИМ) при отказе различных видов датчиков. При нарушении работоспособности измерительных средств необходимые информации для управления электроприводом восстанавливаются комплексом наблюдающих устройств, разработанных на основе метода скоростного градиента. Данная концепция может быть распространена на ТЭП с СДПМ.

4. Разработана математическая модель солнечной батареи (СБ), адаптированная к транспортным условиям эксплуатации, с учетом изменения скорости движения АТС, освещенности и температуры окружающей среды.

5. Разработана уточненная математическая модель АД с учетом потерь в стали, отличающаяся уменьшением числа параметров по сравнению с моделью, основанной на традиционной Т-образной схеме замещения. Предложенная модель АД позволяет повысить точность моделирования электромагнитных процессов в ТЭП, эффективно решить задачи определения оптимальных законов управления статическими режимами работы АД, упростить задачу идентификации их параметров.

6. Разработан комплекс математических и компьютерных моделей СТП АТС, состоящих из различных типов источников/накопителей энергии (ДВС, ТАБ, ЕНЭ, СБ), электрических машин (АД, СДПМ, ВИМ). В компьютерных программах вложены рациональные методы управления ТЭП, что позволяет оценить их интегральные показатели при различных способах управления.

7. Разработаны научно-обоснованные рекомендации по повышению топливно-энергетических показателей ГСУ параллельного типа.

Практическая ценность работы заключается в решении научно-технической проблемы улучшения эксплуатационных свойств АТС путем создания новых эффективных способов управления ТЭП переменного тока, поиска средств увеличения доли участия ТЭП в обеспечении движения транспорта.

Внедрение в практику проектирования и создания АТС полной массой до 3,5 тонн разработанных моделирующих алгоритмов и компьютерных программ сокращает сроки и стоимость опытно-конструкторских работ по разработке систем тягового привода АТС.

Разработанная система отказоустойчивости асинхронного ТЭП с наблюдающими устройствами, построенными на основе метода скоростного градиента, повышает надежность АТС.

Материалы диссертационной работы используются в учебном процессе для студентов вузов, обучающихся по специальностям «Электроприводы и системы управления электроприводов» и по направлению «Электротехника, электромеханика и электротехнология», а также для аспирантов по специальности 05.09.03 «Электротехнические комплексы и системы».

Совокупность полученных теоретических и практических результатов создает объективные предпосылки для расширения области применения и внедрения в практику проектирования разработанных способов управления ЭП с целью повышения энергоэффективности, улучшения динамики и надежности электроприводов переменного тока.

Личный вклад автора заключается: в разработке методик прямого управления моментом ТЭП на базе АД и СДПМ, управления АТЭП по критериям минимума потерь и максимума перегрузочной способности с учетом ограничений на ресурсы силовых агрегатов электропривода; в разработке упрощенных математических моделей солнечной батареи, АД с учетом основных видов потерь; в разработке системы динамической идентификации параметров и переменных состояния АТЭП на основе метода скоростного градиента; в разработке математических и компьютерных моделей систем тягового привода АТС с однодвигательными ТЭП; в обосновании схемы ТЭП переменного тока, обеспечивающего высокое быстродействие, высокую точность регулирования момента при высокой энергетической эффективности и надежности привода.

Автор принимал непосредственное участие в разработке программных средств, в проведении экспериментальных и вычислительных исследований по всем разделам диссертации.

1 7

Реализация результатов работы. Полученные результаты теоретических исследований по повышению технико-эксплуатационных показателей АТЭП, комплекс программных средств исследования их оптимальных рабочих режимов использованы при разработке системы ТЭП автомобиля УАЭ-3153, созданного МГТУ «МАМИ» совместно с ОАО HI 111 «Квант». Результаты работы также использованы при разработке автоматизированного электропривода для электроводородного генератора ЭВГ-3 в ОАО «ОМ ЭНЕРДЖИ Лтд», при разработке стартер-генераторных устройств для автомобилей массой до 3,5 тонн в ФГУП НИИАЭ, и в учебном процессе МГТУ «МАМИ». Практические реализации результатов работы подтверждены соответствующими актами.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы были представлены на научных конференциях и симпозиумах: Международном симпозиуме «Приоритеты развития отечественного автотракторостроения и подготовки кадров», г. Москва, 2000г.; 5-м Международном симпозиуме «Элмаш-2004. Перспективы и тенденции развития электротехнического оборудования», г. Москва 2004; Всероссийской научно-технической конференции «Проблемы электротехники, электроэнергетики и электротехнологии», г. Тольятти, 2004; Международных научно-технических конференциях Ассоциации автомобильных инженеров России «Приоритеты развития отечественного автотракторостроения и подготовки инженерных и научных кадров», г. Москва 2005, 2007; Международном научном симпозиуме «Автотракторостроение - 2009», г. Москва, 2009; Международной научно-технической конференция Ассоциации автомобильных инженеров «Автомобиле- и тракторостроение в России: Приоритеты развития и подготовка кадров», г. Москва, 2010.

Публикация. По теме диссертации опубликовано 58 печатных работ, в том числе 1 патент на полезную модель, 1 монография и 20 статьей в рецензируемых научных журналах, входящих в Перечень ВАК РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы из 205 наименований и 2 приложения. Работа содержит 236 страниц машинописного текста, 157 рисунков и 32 таблицы.

Основные результаты теоретических исследований диссертационной работы использованы при разработке системы тягового электропривода гибридного автомобиля УАЗ-3153, созданного МГТУ «МАМИ» совместно с ОАО НПП «Квант». Результаты работы также использованы при разработке автоматизированного электропривода для электроводородного генератора ЭВГ-3 в ОАО «ОМ ЭНЕРДЖИ Лтд», при разработке стартер-генераторных устройств для автомобилей массой до 3,5 тонн в ФГУП НИИАЭ, и в учебном процессе МГТУ «МАМИ». Практические реализации результатов диссертации подтверждены соответствующими актами.

Данная диссертация является научно-квалификационной работой, в которой на основании выполненных исследований изложены научно-обоснованные технические решения по повышению энергоэффективности однодвигательных тяговых электроприводов автотранспортных средств, внедрение которых позволяет создать конкурентоспособные электромобили и гибридные автомобили.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Работы по изучению и созданию новых видов АТС с применением тяговых электроприводов, источников и накопителей энергии различной физической природы за последние годы выделились в перспективное направление развития современного автомобилестроения. Несмотря на высокий уровень развития современных электроприводов, необходимо дальнейшее исследование и комплексное решение научных проблем по созданию эффективных систем ТЭП, направленных на повышение их технико-эксплуатационных показателей, т.к. необходимость применения таких систем на АТС постоянно возрастает.

В ходе исследований, проведенных в диссертационной работе, получены следующие основные результаты:

1. На основе анализа перспективных направлений совершенствования ТЭП АТС обоснована обобщенная структура электропривода переменного тока на базе АД и СДПМ, которая обеспечивает высокое быстродействие и высокую точность регулирования момента, предельную эксплуатацию привода по моменту, мощности при высокой энергетической эффективности и надежности.

2. На основании метода изменения масштаба вектора потокосцепления ротора, в работе получены математические модели с учетом основных видов потерь в АД, отличающиеся уменьшением числа параметров по сравнению с моделью, основанной на традиционной Т-образной схеме замещения. Это позволяет повысить точность моделирования электромагнитных процессов в АТЭП при незначительном повышении вычислительного объема, эффективно определить оптимальные законы управления рабочими режимами АД, упростить задачу идентификации их параметров.

3. В работе обоснована и доказана целесообразность выбора критериев минимума суммарных потерь и максимума перегрузочной способности в качестве основных критериев оптимальности для АТЭП. Разработана, методика управления АТЭП по отмеченным оптимальным критериям при соблюдении ограничений на ресурсы силовых агрегатов.

4. На основании уравнений динамики электромагнитного момента разработана методика ПУМ АД в обобщенной ортогональной вращающейся системе координат, которая позволяет создать новые системы управления моментом и скоростью АТЭП с высокими энергетическими и динамическими качествами. Среди возможных структур систем ПУМ-ШИМ перспективной для применения в АТЭП, где требует регулирования момента и скорости АД в широких пределах, является система с регулированием потокосцепления статора в неподвижной системе координат. Предложенные системы управления АД отличаются от классических систем векторного управления простотой исполнения, за счет исключения операций преобразования координат, что дает возможность применить дешевые микропроцессы. По сравнению с классическими системами ПУМ, построенными на основе гистерезисных регуляторов момента, потокосцепления статора и таблицы оптимальных переключений силовых ключей инвертора, разработанные системы ПУМ обладают пониженными коммутационными потерями благодаря возможности поддержания частоты переключения ключей постоянной при формировании управляющего напряжения обмоток статора существующими методами ШИМ. Предложенная методика ПУМ АД обеспечивает высокую динамику контуров регулирования момента и магнитного потока, что позволяет эффективно реализовать динамические режимы работы АТЭП по минимуму потерь, максимуму перегрузочной способности, в которых магнитное состояние АД должно быть изменено в широких пределах в зависимости от скоростных режимов автомобиля.

5. Разработан комплекс алгоритмов для динамической идентификации параметров АД и труднодоступных к измерению переменных величин АТЭП на основе метода скоростного градиента, который гарантирует высокую точность и устойчивость процесса идентификации. Предложены рациональные решения задачи повышения отказоустойчивости АТЭП при нарушении работоспособности различных датчиков в системе путем наблюдения «потерянных» данных на основе информации, полученной от исправных измерителей, и при необходимости изменить структуры системы управления ТЭП для обеспечения их дальнейшего функционирования.

6. Разработаны новые системы ПУМ с ШИМ для вентильных электроприводов на базе СДПМ. Из-за сложности вычисления момента и потокосцепления статора явнополюсных СДПМ в неподвижной системе координат предложенные системы ПУМ не имеют явных преимуществ по вычислительной интенсивности в сравнении с классическими векторными системами, в которых регулированы проекции вектора тока статора в ориентированной по ротору системе координат. Однако энергетические показатели предложенных систем ПУМ-ШИМ выше, чем классические системы векторного управления. Это можно объяснить тем, что в системах ПУМ-ШИМ возможно регулирование магнитного потока, что приводит к снижению уровня пульсации потокосцепления, токов статора двигателя, ТАБ, и в общем итоге, к повышению энергетической эффективности ТЭП.

7. Разработана математическая модель солнечного элемента, которая при своей простоте аппроксимирует ВАХ с погрешностью не больше 5%. На основе этой модели разработана математическая модель СБ с учетом освещенности, температуры воздуха и скорости движения АТС, что адаптирует ее к транспортным условиям эксплуатации. Разработанная модель СБ позволяет предложить алгоритм ее регулирования по максимальной мощности, отличающийся от известных простотой реализации и быстродействием процесса поиска оптимальных рабочих режимов.

8. Созданы математические и компьютерные модели, позволяющие провести комплексное исследование электромагнитных, механических процессов, тяго-во-тормозных свойств, энергетических показателей городских АТС с различными типами энергоустановки (ДВС, ТАБ, СБ, ЕНЭ), электродвигателей (АД, СДПМ, ВИМ) при различных схемах исполнения механической части тяговой системы. Результаты, полученные на модели, имеют расхождение: с экспериментальными исследованиями системы ТЭП автомобиля УАЭ-3153 с ГСУ в пределах 5. 15%; с экспериментальными исследованиями системы прямого

328 управления моментом и идентификации параметров АД в пределе 5%; с экспериментальными исследованиями СГУ на базе ВИМ и КЭУ, состоящей из ТАБ и ЕНЭ, не более 8%. Это свидетельствует об адекватности разработанных в работе теоретических положений.

9. На базе разработанной компьютерной модели СТП АТС проведены исследования путей повышения топливно-энергетических показателей ГСУ параллельного типа, установленного на экспериментальном образце автомобиля УАЗ 3153 МГТУ «МАМИ». Доказана возможность снижения расходов топлива ДВС путем замены свинцово-кислотных тяговыми аккумуляторными батареями с более высокой удельной мощностью. Например, применение NiMH ТАБ позволит снизить путевой расход топлива ДВС на 1,5. 1,8 л/100км при движении автомобиля по городскому циклу ЕЭК ООН.

10.Установлено, что дальнейшего снижения расходов топлива ДВС можно достичь при применении СБ для увеличения количества электроэнергии, вырабатываемой на борту автомобиля. При условиях солнечного освещения во Вьетнаме использование СБ площадью 4м , КПД 15% совместно с NiMH ТАБ, в зависимости от интенсивности эксплуатации автомобиля можно снизить путевой расход топлива ДВС в пределе 1,5 . 4 л/100км.

11 .Применение метода оптимального управления по минимуму суммарных потерь в АТД позволяет снизить потери энергии ТЭП в пределах 2.8% по сравнению с методом поддержания постоянным потокосцепления ротора на номинальном уровне. Эффект экономии электроэнергии (повышения КПД) выражается более ярко при более низких постоянных скоростях движения автомобиля.

12.Проведенные исследования топливно-энергетических показателей ГСУ параллельного типа с АТЭП и СБ подтвердили целесообразность и необходимость ее внедрить во Вьетнаме для решения эколого-экономических проблем, обусловленных традиционными автомобилями с ДВС.

1. Андрианов М.В., Родионов Р.В. Методы оценки энергоэффективности современных низковольтных асинхронных двигателей // Электротехника. 2008. - № 11. - С. 24—28.

2. Андриевский Б.Р., Фрадков A.JI. Избранные главы теории автоматического управления с примерами на языке MATLAB. СПб.: Наука, 2000. - 475 с.

3. Аносов В. Н. Динамическая модель тяговой аккумуляторной батареи автономного транспортного средства // Электротехника. 2007. - № 9. - С. 41—44.

4. Асинхронные двигатели серии 4А: Справочник / А.Э. Кравчик, М.М. Шлаф, В.И. Афонин, Е.А. Соболенская. М.: Энергоиздат, 1982. - 504 с.

5. Афанасьев A.A., Ефимов В.В., Бабак А.Г. Математическое моделирование индукторного автотракторного генератора // Электроснабжение и электрооборудование. 2004. - № 1. -С. 15-16.

6. Беспалов В. Я., Мощинский Ю. А., Петров А. П. Математическая модель асинхронного двигателя в обобщенной ортогональной системе координат // Электричество. 2002. - № 8. - С. 33-39.

7. Богданов K.JI. Тяговый электропривод автомобиля. М.: МАДИ (ГТУ), 2009. - 57 с.

8. Бортовые энергосистемы космических аппаратов на основе солнечных и химических батарей. Ч. 1,2/ Безручко К.В., Белан Н.В., Елисеев В.Б., Ковалевский В.В., Летин В.А., Поста-ногов В.П., Федоровский А.Н. Под ред. Коваль В.М. Харьков: ХАИ, 1992. - 375 с.

9. Браславский И.Я., Ишматов З.Ш., Барац Е.И. Адаптивная система прямого управления моментом асинхронного двигателя // Электротехника. 2001. - № 11. - С. 35-39.

10. Браславский И.Я., Ишматов З.Ш., Плотников Ю.В. Энерго- и ресурсосберегающие технологии на основе регулируемых асинхронных электроприводов // Электротехника. -2004. № 9.-С. 33-39.

11. Браславский И.Я., Плотников Ю.В. Математические модели для определения энергопотребления различных типов асинхронных электроприводов и примеры их использования // Электротехника. 2005. - № 9. - С. 14-18.

12. Бычков М.Г., Фукалов Р.В. Универсальная модульная микропроцессорная система управления вентильно-индукторным двигателем // Электричество. — 2004. № 8. - С. 23-31.

13. Вайлов A.M., Эйгель Ф.И. Контроль состояния аккумуляторов. М.: Энергоатомиздат, 1992.-288 с.

14. Виноградов А.Б. Учет потерь в стали, насыщения и поверхностного эффекта при моделировании динамических процессов в частотно-регулируемом электроприводе // Электротехника. 2005. -№ 5. - С. 54-57.

15. Виноградов А.Б., Чистосердов В.Л., Сибирцев А.Н. Адаптивная система векторного управления асинхронным электроприводом // Электротехника. 2003. - № 7. - С. 7 - 17.

16. Волков A.B., Скалько Ю.С. Оптимальное по минимуму общих потерь мощности управление частотно- регулируемым асинхронным электроприводом с АИН-ШИМ // Электротехника. -2008.-№9.-С. 21-33.

17. Воронин П.А. Силовые полупроводниковые ключи: свойства, характеристики, применение. Изд. 2-е, перераб. и доп. М.: Издательский дом Додэка-ХХ1, 2005. - 384 с.

18. Груздев А.И. Основные тенденции и направления развития автономной электроэнергетики. Ч. I // Электричество. 2008. - № 6. - С. 2-11.

19. Гулиа Н.В. Новая концепция автомобиля и электробуса // Автомобильная промышленность. -2000.-№2.

20. Гурьянов Д.И., Нгуен Куанг Тхиеу, До Ван Зунг. Энергетический баланс городского солн-цемобиля // Машиностроитель. 1999. - № 10. - С. 23-25.

21. Гусаков C.B. Гибридные силовые установки на основе ДВС: Учебное пособие. M.: РУДН, 2008.-207с.

22. Джендубаев А.-З. Р. Математическая модель асинхронного генератора с учетом потерь в стали // Электричество. 2003. - № 10. - С. 36-45.

23. Диваков Н.В., Яковлев H.A. Теория автомобиля. М.: Высшая школа, 1962. - 299 с.

24. Завьялов В. М. Управление динамическим состоянием асинхронных электроприводов горных машин // Дис. на с. учен, д-р техн. наук Кемерово: КузГТУ, 2009. - 327 с.

25. Закономерности построения тяговой характеристики солнцемобиля / Б.И. Петленко, Нгуен Куанг Тхиеу, Д.И. Гурьянов, В.Н. Луценко // Машиностроитель. 1999. - № 10. - С. 24-28.

26. Захаренко Д.Д, Ротанов H.A. Тяговые электрические машины. Учебник для вузов ж.-д. трансп. М.: Транспорт, 1991. - 343 с.

27. Иванов Е.С. Динамические свойства силовой части следящего электропривода с частотно-токовым управлением моментом асинхронного двигателя // Электричество. 2005. - № 3. -С. 25-30.

28. Иванов-Смоленский A.B. Электрические машины: учебник для вузов -2-е изд., перераб. и доп.: в 2 т. М.: МЭИ, 2006.

29. Изосимов Д.Б., Аболемов E.H. Свойства уравнений обобщенного асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором // Электричество. 2008. - № 4. - С. 35-39.

30. Изосимов Д.Б., Байда C.B. Алгоритмы векторной широтно-импульсной модуляции трёхфазного автономного инвертора напряжения // Электротехника. 2004. - № 4. - С. 21-31.

31. Изосимов Д.Б., Рывкин С.Е. Идентификация частоты вращения и составляющих вектора по-токосцепления ротора асинхронного двигателя по измерениям токов и напряжений обмоток статора // Электричество. 2005. - № 4. - С. 32-40.

32. Ильинский Н.Ф., Бычков М.Г. Вентильно-индукторный привод для легких электрических транспортных средств // Электротехника. 2000. - № 2. - С. 28-31.

33. Иньков Ю.М., Федяева Г.А., Феоктистов В.П. Система экстремального регулирования тягового электропривода с асинхронными двигателями // Электроника и электрооборудование транспорта. -2008,-№4. -С. 10-18.

34. Испытания экспериментального многоцелевого гибридного автомобиля / A.J1. Карунин, C.B. Бахмутов, В.В. Селифонов, М.Е. Вайсблюм, Е.Е. Баулина, К.Е. Карпухин // Автомобильная промышленность. 2007. - № 7.

35. Каменев В.Ф., Корнилов Г.С., Хрипач H.A. Гибридное автотранспортное средство с энергетической установкой, работающей на водородном топливе // Альтернативная энергетика и экология. 2004. - № 2(10). - С. 28-36.

36. Ключев В.И. Теория электропривода: Учеб. для вузов, 2-е изд. перераб. и доп. М.: Энерго-атомиздат, 2001. - 704 с.

37. Колтун М.М. Оптика и метрология солнечных элементов. М.: Наука, 1985. - 280 с.

38. Копылов И. П. Математическое моделирование электрических машин: Учеб. для вузов, 2-е изд., перераб. и доп. М.: Высшая школа, 1994. - 318 с.

39. Копырин B.C., Ткачук A.A. Математическое моделирование асинхронного частотно-регулируемого электропривода в режиме рекуперации энергии торможения в питающую сеть // Электротехника. -2006. № 1. - С. 37-44.

40. Ксеневич И.П., Изосимов Д.Б. Идеология проектирования электромеханических систем для гибридной мобильной техники // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 2007. - № 1.

41. Кузнецов В.А., Николаев В.В. Стратегия проектирования вентильно-индукторного стартер-генератора // Электричество. 2005. - № 4. - С. 46-50.

42. Куликов И.А. Динамическое программирование как инструмент теоретического исследования силовой установки гибридного автомобиля // Журнал ААИ. 2010. - № 4 (63).

43. Кустарев Ю.С. Некоторые аспекты применения емкостных накопителей энергии / Д.Н. Бо-рисенко, H.H. Борисенко, Ю.С. Кустарев // Наука производству. 2001. -№ 7. - С. 48-56.

44. Кутенев В.Ф., Ягупов C.B., Буриков B.C. К вопросу о создании экологически чистого транспорта с нулевым выбросом вредных веществ // Труды НАМИ.-2011.- Вып. 246. С. 115-121.

45. Лежнев Л. Ю. Улучшение топливно-экономических и экологических показателей двигателей внутреннего сгорания в составе комбинированных энергетических установок автотранспортных средств // Автореф. дис. на с. учен. ст. канд. техн. н. М.: ФГУП НАМИ, 2005.

46. Лидоренко Н.С., Мучник Г.Ф. Электрохимические генераторы. М.: Энергоатомиздат, 1982.-448 с.

47. Лохнин В.В., Бербиренков И.А. Тяговые двигатели на постоянных магнитах в электроприводе // Электро. Электротехника. Электроэнергетика. Электротехническая промышленность. -2011.-№ 1.-С. 27-28.

48. Методы робастного, нейро-нечеткого и адаптивного управления: Учебник / Под ред. Н.Д. Егупова. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001. - 744 с.

49. Мищенко В.А. Векторная теория асинхронного электродвигателя // Электротехника. -2007. № 6. - С. 5-12.

50. Мощинский Ю.А., Аунг Вин Тут. Обобщенная математическая модель частотно-регулируемого асинхронного двигателя с учетом потерь в стали // Электротехника. 2007. -№11.-С. 61-66.

51. Нгуен Куанг Тхиеу. Система бездатчикового управления моментом и скоростью асинхронного электродвигателя // Электротехника. 2012. - № 2.

52. Нгуен Куанг Тхиеу, Гурьянов Д.И., Строганов В.И. Математическое моделирование аккумуляторов при разряде их токами от холостого хода до короткого замыкания // Наука производству. 2004. - № 8. - С. 66-68.

53. Нгуен Куанг Тхиеу, Д.И. Гурьянов. Принципы построения системы энергоснабжения солн-цемобиля // Автотракторное электрооборудование. 2004. - № 7. - С. 24-26.

54. Нгуен Куанг Тхиеу, До Ван Зунг. Анализ метеоусловий Вьетнама для создания солнцемоби-ля // Автотракторное электрооборудование. 2004. - № 6. - С. 24-26.

55. Нгуен Куанг Тхиеу, До Ван Зунг. Синтез систем управления тяговым асинхронным электроприводом гибридных автомобилей в скользящих режимах // Сб. научн. тр. 65-ой межд. научн.-техн. конф. ААИ. М.: МАМИ, 2009.

56. Нгуен Куанг Тхиеу, До Ван Зунг. Адаптивная идентификация параметров тяговых асинхронных электродвигателей в реальном масштабе времени // Сб. научн. тр. 65-ой межд. научн.-техн. конф. ААИ. М.: МАМИ, 2009.

57. Нгуен Куанг Тхиеу, Клюкин П.Н. Адаптивная идентификация параметров тяговых асинхронных электродвигателей гибридных автомобилей // Электроника и электрооборудование транспорта. 2011. - № 10.

58. Нгуен Куанг Тхиеу, Клюкин П.Н. Особенности проектирования автомобильных стартер-генераторов вентильно-индукторного типа // Автомобильная промышленность. 2011. - № 10.-С. 10-12.

59. Нгуен Куанг Тхиеу, Клюкин П.Н. Структура системы управления тяговым электроприводом гибридных автомобилей // Автомобильная промышленность. 2011. - № 8. - С. 17-19.

60. Нгуен Куанг Тхиеу, Клюкин П.Н. Управление моментом тягового асинхронного электропривода гибридной силовой установки автомобилей // Электроника и электрооборудование транспорта. 2011. - № 2-3. - С. 41 -44.

61. Нгуен Куанг Тхиеу, Марков В.В. Рациональные законы управления тяговым асинхронным электроприводом // Известия МГТУ «МАМИ». 2011. - № 1(11). - С. 70-75.

62. Нгуен Куанг Тхиеу. Городской солнцемобиль // Дис. на с. учен. ст. канд. техн. н. М.: МА-МИ, 2000. - 227 с.

63. Нгуен Куанг Тхиеу. Управление электрохимическими генераторами автомобилей // Автотракторное электрооборудование. 2004. - № 9. - С. 26-28.

64. Николаев В.В., Рыбников В.А. Разработка интегрированного стартер-генератора на основе вентильно-индукторной машины // Электричество. 2005. - № 5. - С. 32-38.

65. Овсянников Е.М., Нгуен Куанг Тхиеу, Клюкин П.Н. Аналитическое исследование оптимальных режимов тягового асинхронного электропривода // Электроника и электрооборудование транспорта. 2011. - № 1. - С. 6-11.

66. Овсянников Е.М., Нгуен Куанг Тхиеу. Анализ и синтез системы прямого управления моментом тягового асинхронного электродвигателя // Электротехника. Электроэнергетика. Электротехническая промышленность. 2010. - № 3. — С. 18-21.

67. Овсянников Е.М., Нгуен Куанг Тхиеу. Система прямого управления моментом и потокосце-плением ротора асинхронного электродвигателя // Известия ВУЗов, Серия «Машиностроение». 2011. - № 7. - С. 27-30.

68. Овсянников Е.М., Нгуен Куанг Тхиеу. Тяговые электроприводы и устройства энергообеспечения автотранспортных средств. М: Издательство «Палеотип», 2009. - 244 с.

69. Основы электрического транспорта / М.А. Слепцов, Г.П. Долаберидзе, A.B. Прокопович и др.; под общ. ред. М.А Слепцова. М.: Издательский центр «Академия», 2006. - 464 с.

70. Панарин А.Н., Нгуен Куанг Тхиеу, Клюкин П.Н. Современные автомобильные стартер-генераторы и системы управления ими // Грузовик. 2011. - № 9. - С. 7-12.

71. Панкратов В.В., Маслов М.О. Синтез и исследование алгоритма идентификации частоты вращения асинхронного электропривода // Электричество. 2008. - № 4. - С. 27-34.

72. Патент на изобретение № 2321765 РФ. Стартер-генераторные устройства и системы запуска ДВС на автотранспортных средствах / Малафеев С.И., Шабаев В.А. Заявка № 2006129052/06; опубл. 10.04.06.

73. Патент на изобретение № 2003117817 РФ. Способ управления стартер-генератором и устройство для реализации этого способа / ОАО «АВТОВАЗ». Заявка 2003117817/06; опубл. 10.12.04.

74. Патент на изобретение № 2268392 РФ. Способ управления стартер-генератором и блок формирования заданных значений составляющих вектора тока статора / ОАО «АВТОВАЗ». Заявка № 2003131840/11; опубл. 27.04.05.

75. Патент Японии № JP 4078890 В2. Устройство для управления стартером-генератором ДВС / Kokusan Denki Co. Ltd. Заявка JP 2002175770 ; опубл. 23.04.08.

76. Перспективы применения индукторных машин с обмоткой возбуждения / Русаков A.M., Сафроненков Ю.А., Жердев И.А., Соломин А.Н. // Электротехника. 2008. - №4. - С. 38-44.

77. Петленко Б. И., Гурьянов Д. И., Нгуен Куанг Тхиеу. Управление асинхронным электроприводом электромобиля с топливными элементами при минимуме потерь и максимуме перегрузочной способности // Автотракторное электрооборудование. 2005. - № 3. - С. 3-8.

78. Петленко Б.И. , Гурьянов Д. И., Нгуен Куанг Тхиеу. Городской солнцемобиль // Наука производству. 2001. - № 7. - С. 15-21.

79. Петленко Б.И., Гурьянов Д.И., Нгуен Куанг Тхиеу. Оптимайзер комбинированной энергоустановки солнцемобиля // Сб. научн. тр. 4-ой междунар. конф. «Нетрадиционные электромеханические и электрические системы». Т. 3. SZCZECIN: 1999. - С. 1411-1416.

80. Петленко Б.И., Гурьянов Д.И., Нгуен Куанг Тхиеу. Управление релейным электроприводом электромобиля по минимуму потерь // Машиностроитель. 2000. —№.10. - Crl 1-14.

81. Петленко Б.И., Нгуен Куанг Тхиеу. Реформирование углеводородов на борту автомобиля. Проблемы и перспективы // Автотракторное электрооборудование. 2004. - № 4. - С. 17-20.

82. Поляков В.Н. Асинхронные машины как объекты экстремального управления // Электротехника. 2004. - № 9. - С. 46-50.

83. Поляков В.Н., Таран A.A., Шрейнер Р.Т. Алгоритм численного решения задачи экстремального управления асинхронным электроприводом при ограничениях по току и напряжению // Электротехника. 2001. - № 11. - С. 45-48.

84. Поляков В.Н., Шрейнер Р.Т. Обобщение задач оптимизации установившихся режимов электрических двигателей // Электротехника. 2005. - № 9. - С. 18-22.

85. Попович Н.Г., Печеник Н.В, Ковальчук A.B., Киселичник О.И. Особенности экстремальных электромеханических систем автоматизированного управления и задача энергосбережения // Электротехника. 2003. - № 3. - С. 12-17.

86. Пополов A.C. Солнечный транспорт. М.: Транспорт, 1996. -166 с.

87. Пролыгин А.П. Влияние свойств энергоустановок на тяговые характеристики электромобилей // Электричество. 1979. - № 12. - С. 41-46.

88. Раушенбах Г. Справочник по проектированию солнечных батарей / Пер. с англ. под ред. М.М. Колтуна. -М.: Энергоатомиздат, 1983.

89. Рациональные характеристики электромобиля / Д.И. Гурьянов, В.Н. Луценко, А.Н. Гурьянов, Д.А. Карпов, Нгуен Куанг Тхиеу // Машиностроитель. 1999. - № 10. - С. 15-18.

90. Рекламные проспекты фирмы "Optima".

91. Рекламные проспекты фирмы "Genesis".

92. Рубцов В.П. Исполнительные приводы электротехнологических установок: Учеб. пособие по курсу «Автоматическое управление электротехнологическими установками. М.: Издательство МЭИ, 2002. - 72с.

93. Руденко B.C., Сенько В.И., Чиженко И.М. Основы преобразовательной техники: учеб. для вузов. -2-е изд., перераб. и доп. М.: Высшая школа, 1980. - 424 с.

94. Селифонов В.В. Теория автомобиля. М.: Гринлайт, 2008. - 206 с.

95. Селифонов В.В., Нгуен Хак Туан. Аналитическое исследование динамических нагрузок трансмиссии автомобиля с комбинированной энергетической установкой при запуске ДВС с ходу// Известия МГТУ «МАМИ». 2010. - № 2(10) - С. 76-80.

96. Скворцов В.А., Берестов А. Тенденции в развитии транспортных средств с использованием электрического привода // Силовая электроника, № 1, 2004. С. 85-87.

97. Соустин В.П., Иванчура В.И., Чернышев А.И., Исляев Ш.Н. Системы электропитания космических аппаратов. Новосибирск: ВО "Наука", Сибирская издательская фирма, 1994. -318 с.

98. Тарасик В.П. Теория движения автомобиля: Учеб. для вузов. СПб.: БХВ-Петербург, 2006. -478 с.

99. Теория и расчет тягового привода электромобилей / Под ред. Ефремова И.С. М.: Высшая школа, 1984. -383 с.

100. Теория электрической тяги / В.Е. Розенфельд, И.П.Исаев, Н.Н.Сидоров, М.И.Озеров. Под ред. И.П. Исаева. М: Транспорт, 1995. - 294 с.

101. Терехов В.М., Осипов О.И. Системы управления электроприводов. Учебник для студ. выш. учеб. заведений. -3-е изд. М.: Издательский центр «Академия», 2008. - 304с.

102. Трансмиссии гибридного электромобиля / Гурьянов Д.И., Макаров А.К., Корчак С.А., Нгуен Куанг Тхиеу, Лю Сяо Кан // Сб. научн. тр. 4-ой междунар. конф. «Нетрадиционные электромеханические и электрические системы». Том 3. SZCZECIN, 1999. - С. 1402-1404.

103. Тяговая характеристика городского солнцемобиля / Петленко Б.И., Гурьянов Д.И., Луценко В.Н., Нгуен Куанг Тхиеу // Тез. междунар. научн. сим-а «Автотракторостроение. Промышленность и высшая школа». М.: МАМИ, 1999. - С. 22-24.

104. Умняшкин В.А., Филькин Н.М. Создание экспериментального образца гибридного легкового автомобиля // Транспорт Российской Федерации. 2011. - № 7. - С. 36-39.

105. Фаренбрух А., Бьюб Р. Солнечные элементы: Теория и эксперимент / Пер. с англ. под. ред. М.М. Колтуна. М.: Энергоатомиздат, 1987. - 280 с.

106. Филькин Н.М. Оптимизация параметров конструкции энергосиловой установки транспортной машины // Автореф. дис. на с. учен. ст. докт. техн. н. Ижевск.: ИГТУ, 2001. - 37 с.

107. Флоренцев С.Н., Изосимов Д.Б. Тяговый электропривод в гибридных транспортных средствах. Часть 1. Идеология проектирования КТЭО // Электронные компоненты. 2009. - № 11. -С. 13-18.

108. Харченко Н.В. Индивидуальные солнечные установки. М.: Энергоатомиздат, 1991. -208 с.

109. Хрисанов В.И. Математическая модель асинхронных машин в фазных осях статора // Электротехника. 2004. - № 7. - С. 24-30.

110. Шаварин Н.И., Токмаков Д.А., Турханов К.В. Расчет параметров регуляторов пускорегули-рующих устройств типа УПР1 // Электротехника. 2001. - № 11. - С. 9-12.

111. Шетат Б., Хелдун А. Минимизация потерь энергии в асинхронном двигателе с короткозамк-нутым ротором при векторном управлении // Электричество. 2004. - № 12. - С. 31-37.

112. Шрейнер Р.Т. Математическое моделирование электропривода переменного тока с полупроводниковыми преобразователями частоты. Екатеринбург: УРО РАН, 2000. - 654с.

113. Эйдинов A.A., Каменев В.Ф., Лежнев Л.Ю. Электромобили и автомобили с КЭУ // Автомобильная промышленность. 2002. - № 11.

114. Эйдинов A.A., Краснов А.К., Нгуен Куанг Тхиеу. Перспективы водородной энергетики для автотранспортных средств // Автотракторное электрооборудование. 2004. — № 1-2. - С. 18-21.

115. Экспериментальный многоцелевой гибридный автомобиль / А.Л. Карунин, C.B. Бахмутов, В.В. Селифонов, A.B. Круташов, Е.Е. Баулина, К.Е. Карпухин, Е.В. Авруцкий // Автомобильная промышленность. 2006. - № 6.

116. Электромобиль: Техника и экономика. В.А. Щетина, Ю.А. Морговский, Б.И. Центер, В.А. Богомазов / Под ред. В.А. Щетины. Л.: Машиностроение, 1987. -253 с.

117. Электрооборудование летательных аппаратов. Учеб. для вузов в 2 т. / С.А. Грузков, С. Ю. Останин, A.M. Сугробов, A.B. Токарев, П.А. Тыричев; под ред. С.А. Грузкова М.: Издательство МЭИ, 2005.

118. Электроприводы переменного тока с частотным регулированием: учебник для студ. высш. учеб. заведений / Г. Г. Соколовский. 2-е изд., испр. - М.: Издательский центр «Академия», 2007.-272 с.

119. Энергосберегающий асинхронный электропривод: Учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений / И.Я. Браславский, З.Ш. Ишматов, В.Н. Поляков. Под ред. И.Я. Блаславского. -М.: Издательский центр «Академия», 2004. 256 с.

120. Ютт М.В., Голубчик Т.В., Марсов В.И. Аккумуляторные батареи, применяемые на электромобилях и автомобилях с комбинированными энергетическими установками // Сб. науч. тр. МАДИ (ГТУ). М.: МАДИ, 2007.

121. Яковлев А.И., Эйдинов A.A. Взгляд на перспективы развития энергетических установок автомобилей // Автостроение за рубежом. 1998. - № 10-12.

122. A simple Direct Torque Neuro-Fuzzy Control of PWM-inverter fed Induction Motor Drive / Bimal K. Bose, Pawel Z. Grabowski, Marian P. Kazmierkowski, Frede Blaabjerg // IEEE Trans, on Ind. Electronics, Vol. 47, No 4, August 2000, pp. 863-870.

123. Ahmad M. Nasser. Comparison of Induction, PM, and SR Motor Technologies in EV Traction Systems Applications // Proceeding of the 16th international EVS. -Shanghai: China, 1999.

124. Alan P. Wu, Patrick L. Chapman. Simple expressions for optimal current waveforms for permanent-magnet synchronous machine drives // IEEE Trans, on Energy Conversion, vol. 20, No 1, March 2005, pp. 151-157.

125. Amuliu Bogdan Proca, Ali Keyhani. Sliding-mode flux observer with online rotor parameter estimation for induction motors // IEEE Trans, on Ind. Electronics, vol. 54, No 2, April 2007, pp. 716723.

126. B.H. Kenny, R.D. Lorenz. Stator and rotor flux based deadbeat direct torque control of induction machines // IEEE Trans. Ind. Applications, Vol. 39, No. 4, 2003, pp.1093-1101.

127. Blaschke F. The principle of field orientation as applied to the new transkvector close-loop control system for rotating-field machines // Siemens Review, No 1 (34), 1972, pp. 217-220.

128. Bose B. K., Patel N. R., Rajashekara K. A Neuro-Fuzzy-Based On-Line Efficiency Optimization Control of a Stator Flux-Oriented Direct Vector-Controlled Induction Motor Drive // IEEE Trans, on Ind. Electronics, Vol. 44, № 2, April 1997, pp. 270-273.

129. Buja G.S., Kazmierkowski M.P. Direct torque control of PWM inverter-fed AC motors A survey // IEEE Trans. Ind. Electronics, Vol. 51, No 4, Aug. 2004, pp. 744-757.

130. Charge balance control schemes for cascade multilevel converter in hybrid electric vehicles / Leon M. Tolbert, Fang Zheng Peng, Tim Cunnyngham, John N. Chiasson // IEEE Trans. Ind. Electronics, Vol. 49, No. 5, October 2002, pp. 1058-1064.

131. Christos Mademlis, Nilos Margaris. Loss minimization in vector-controlled interior permanent magnet synchronous motor drives // IEEE Trans, on Ind. Electronics, vol. 49, No 6, December 2002, pp. 1344-1347.

132. Comparison of saliency-based Sensorless control techniques of AC Machines / Fernando Briz, Michael W. Degner, Pablo Garcia, Robert D. Lorenz // IEEE Trans, on Ind. App., Vol. 40, No. 4, July/August 2004, pp. 1107-1115.

133. Cristian Musardo, Giorgio Rizzoni, Benedetto Staccia. A-ECMS: an adaptive algorithm for hybrid electric vehicle energy management // Proceedings of the 44th IEEE Conference on decision and control.

134. D. L. King. Photovoltaic Module and Array Performance Characterization Methods for All System Operating Conditions // Proceeding of NREL/SNL Photovoltaics Program Review Meeting, November 18-22, 1996, Lakewood, CO, AIP Press, New York, 1997. "

135. D. Stojic, S. Vukosavic. A new induction motor drive based on the flux vector acceleration method // IEEE Trans. Energy conversion, Vol. 20, No.l, Mar. 2005, pp. 173-180.

136. Depenbrock M. Direct Self-Control (DSC) of inverter fed induction machine // IEEE Trans, on Power Electronics, vol. 3, No 4, 1988, pp. 420-429.

137. Development of Electric Motors for the TOYOTA Hybrid Vehicle "PRIUS" / Kazuaki Shingo, Kaoru Kubo, Toshiaki Katsu, Yuji Hata // Proceeding of the 17th international EVS. -Montreal: Canada, October 13-18, 2000.

138. Emil Levi, A. Boglietti, and M. Pastrorelli, "Iron loss in rotor-flux oriented induction machines; Identification, assessment of detuning, and compensation," IEEE Trans. Power Electron., vol. 11, 1996, pp. 698-709.

139. Emil Levi, Matija Sokola, Slobodan N. Vukosavic. A Method for Magnetizing Curve Identification in Rotor Flux Oriented Induction Machines // IEEE Trans, on Energy Conversion, Vol. 15, No. 2, June 2000, pp. 157- 162.

140. Ferdinand Panik, Oliver Vollrath. Latest news on Fuel Cell Vehicle development at DaimlerChrysler // Proceedings of The Fuel Cell World Conference, 1-5 July, 2002, pp. 196-217.

141. Ford P2000 Fuel Cell Vehicle / Woong-chul Yang, Larry R. Brandenburg, Bradford Bates, Keith A. Oglesby, Kurt D. Osborne // Proceeding of the 16th international EVS. -Shanghai: China, 1999.

142. Franco Leonardi, Ford Motor Company. The interior permanent magnet machine: motor of choice for the HEVs of the 21st century // International School on Hybrid and Electric Vehicles, Vento-tene (Italy), Sep. 26-29, 2008.

143. Fuel Cell Supercap Hybrid Electric Power Train / Felix N. Buchi, Akinori Tsukada, Paul Rodatz, Olivier Garcia, Martin Ruge, Rudiger Kotz, Martin Bartschi, Philip Dietrich // Proceedings of The Fuel Cell World Conference, 1-5 July, 2002, pp. 218-231.

144. G. R. Slemon. Modeling of induction machines for electric drives / IEEE Trans. Ind. Applications, vol. 25, no. 6, Nov./Dec. 1989. pp. 1126-1131.

145. H. Miranda, P. Cortes, J.I. Yuz, J. Rodriguez. Predictive torque control of induction machines based on state space models // IEEE Trans. Ind. Electronics, Vol. 56, No. 6, June 2009, pp. 19161924.

146. Hisao Kubota, Kouki Matsuse, Takayoshi Nakano. DSP-based speed adaptive flux observer for induction motor // IEEE Trans, on Ind. Appl., Vol. 29, No. 2, March/April 1993, pp. 344-348.

147. Increasing the dynamic torque per ampere capability of induction machines / Ian. T. Wallace, Donald W. Novotny, Robert D. Lorenz, Deepakraj M. Divan // IEEE Trans on Ind. Appl., Vol. 30, No. 1, January/February 1994, pp. 146-153.

148. Ion. Boldea. Starter/Alternator Systems for HEV and Their Control: A Review // KIEE International Transactions on EMECS, Vol. 4-B No. 4, 2004, pp. 157-169.

149. J. Holtz: Sensorless Control of Induction Motors. Proceedings of the IEEE, Vol. 90, No. 8, 2002, pp. 1359-1394. .

150. J. Stephan, M. Bodson, J. Chiasson. "Real-time estimation of induction motor parameters" // IEEE Trans, on Ind. Applications, vol. 30, no. 3, May/June 1994, pp. 746 -759.

151. Jahns T.M., Kliman G.B, Neumann T.W. Interior permanent-magnet synchronous motors for adjustable-speed drives // IEEE Trans, on Ind. Applications, vol. 31, No 2,1986, pp. 240-247.

152. James E. Walters, Ronald J. Krefta, Gabriel Gallegos-Lopez, Gerald T. Fattic. Technology Considerations for Belt Alternator Starter Systems // SAE Technical papers series (No 2004-01-0566), 2004.

153. Jingchuan Li, Longya Xu, Zheng Zhang. An adaptive sliding-mode observer for induction motor Sensorless speed control // IEE Trans. Ind. App., Vol. 41, No 4, July/August 2005, pp. 1039-1046.

154. Jinhwan Jung, Kwanghee Nam. A Vector Control Scheme for EV Induction Motors with a Series Iron Loss Model // IEEE Ttrans. on Ind. Electronics, vol. 45, no. 4, 1998, pp. 617-624.

155. Joeri Van Mierlo, Gaston Maggetto. Views on hybrid drive train power management strategies // Proceeding of the 17th international EVS. -Montreal: Canada, October 13-18, 2000.

156. Jon. F. Lutz, Balu R. Patel. Performance Comparison of a 100 kW Brushless PM and Induction Motor Systems // Proceeding of the 14th international EVS. -Orlando: USA, October, 1997.

157. Joseph Beretta. New tools for energy efficiency evaluation on hybrid architecture // Proceeding of the 17th international EVS. -Montreal: Canada, October 13-18, 2000.

158. Jun Hu, Bin Wu. New integration algorithms for estimating motor flux over a wide speed range // IEEE Trans. Power Electronics, Vol. 13, No. 5, Sep. 1998, pp. 969-977.

159. K. B. Lee, F. Blaabjerg. Sensorless DTC-SVM for induction motor driven by a matrix converter using a parameter estimation strategy // IEEE Trans. Ind. Electronics, Vol. 55, No. 2, Feb. 2008, pp. 512-521.

160. K. Nam, S. Kim. Loss-minimizing control scheme for induction motors // IEE Proc.-Electr. Power Appl., Vol. 151, No. 4, July 2004, pp. 385-397

161. Kazmierkowski M., Malesani L. Current control techniques for three-phase voltage-source PWM converters: a survey // IEEE Trans, on Ind. Electronics. 1998. Vol. 45, No 5, pp. 691-703.

162. Kim G.S., Ha I.J., Ko M.S. Control of induction motors for both high dynamic performance and high power efficiency // IEEE Trans, on Ind. Electronics, Vol. 39, № 4, 1992, pp. 323-333.

163. Kirschen D.S., Novotny D.W., Lipo T.A. On-line efficiency optimization of a variable frequency induction motor drive // IEEE Trans, on Ind. Applications, Vol. I-A-21, № 4, May/June 1985, pp. 610-616.

164. Kwanghee Nam, Jinhwan Jung. A Dynamic Decoupling Control Scheme for High-Speed Operation of Induction Motors // IEEE Trans, on Ind. Electronics, Vol. 46, No 1, Feb. 1999, pp. 100-110.

165. M. Burth, G.C. Verghese, M. Velez-Reyes. Subset selection for improved parameter estimation in on-line identification of a synchronous generator // IEEE Trans, on Power Syst., vol. 14, Feb. 1999, pp. 218-225.

166. M. Matsuki, Y. Hirano, A. Matsubara. Development of a power train for the hybrid automobile -the Civic IMA // // Proceeding of the 21th international EVS. -Monaco, 2005.

167. Marc Bodson, John N. Chiasson, Robert T. Novotnak. A Systematic Approach to Selecting Flux References for Torque Maximization in Induction Motors // IEEE Trans, on control systems technology, vol. 3, № 4, December 1995. pp. 388-397.

168. Marcelo Godoy Simoes, Petronio Vieira Jr. A High-Torque Low-Speed Multiphase Brushless Machine A Perspective Application for Electric Vehicles // IEEE Trans, on Ind. Electronics, vol. 49, No. 5, Oct. 2002, pp. 1154 - 1164

169. Michael Patric O' Keefe, Tony Markel. Dynamic programming applied to investigate energy management strategies for a Plug-in HEV // Proceeding of the 22th international EVS.

170. Mihai Comanescu, Ali Keyhani, Min Dai. Design and analysis of 42-V permanent-magnet generator for automobile applications // IEEE Trans, on Energy conversion,-vol. 18, No 1, March 2003, pp. 107-112.

171. Munehiro Kamiya. Development of Traction Drive Motors for the Toyota Hybrid System. IEEJ Trans, on Ind. Applications. Vol. 126-D, No 4, April, 2006, pp. 473-479.

172. P.J. Jansen, R.D. Lorenz, D.W. Novotny. Observer-based direct field orientation: analysis and comparison of alternative methods // IEEE Trans. Ind. Applications, Vol. 30, No. 4, Aug. 1994, pp. 945-953.

173. Pavlov, A.T. Zaremba. Real time rotor and stator resistance estimation of an induction motor. /5th IF AC symposium "Nonlinear Control Systems", St.Petersburg, Russian-Federation; 2001, pp. 1252 1257.

174. R.W. De Doncker, D.W. Novotny. The universal field oriented controller // IEEE Trans, on Ind. Applications, vol. 30, Jan./Feb., 1994, pp. 92-100.

175. S. Morimoto, Y. Takeda, T. Hirasa. Loss minimization control of permanent magnet synchronous motor drives // IEEE Trans, on Ind. Electronics, vol. 41, Oct. 1994, pp. 511-517.

176. Seok Ho Jeon, Kwang Kyo Oh, Jin Young Choi. Flux Observer With Online Tuning of Stator and Rotor Resistances for Induction Motors // IEEE Trans, on Ind. Electronics, Vol. 49, No. 3, June 2002, pp. 653 664.

177. Solar module SM-55. Рекламные проспекты фирмы "Siemens Solar".

178. An induction machine model for predicting inverter machine interaction / Sudhoff Scott D., Dio-nysios C. Aliprantis, Brian T. Kuln, Patrick L. Chapman // IEEE Trans, on Energy conversion, vol. 17, No 2, June 2002, pp. 203-210

179. T. Ohani, N. Takada, K. Tanaka. Vector control of induction motor without shaft encoder // IEEE Trans, on Ind. Applications, vol. 28, No 1,1992, pp. 157-165.

180. T.G. Habetler, F. Profumo, M. Pastorelli, L.M. Tolbert. Direct torque control of induction machines using space vector modulation // IEEE Trans. Ind. Applications,1 Vol.128, No. 5, Sep./Oct. 1992, pp.1045-1053.

181. Takahashi I., Noguchi T. A new quick-response and high efficiency control strategy of an induction motor // IEEE Trans, on Ind. Applications, Vol. 22, No 5, 1986, pp. 820-827.

182. US patent No 6119799. Hybrid vehicle. / Inventors: Kunio Morisawa, Tatsuya Ozeki; Assignee: Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha. 2000, Sep. 19.

183. US patent No 6222334 Bl. Regenerative braking system // Inventors: Yutaka Tamagawa, Mitsuaki Kirakawa; Assignees: Honda Giken Koguo Kabushiki Kaisha. 2001. - Apr. 24.

184. US patent No 6629027 B2. Control device and control method for hybrid vehicle / Inventors: Mu-sashi Yamaguchi, Susumu Komiyama; Assignee: Nissan Motor Co. Ltd. 2003, Sep. 30.

185. US Patent No 6775601 B2. Method and control system for controlling propulsion in a hybrid vehicle / Inventor: John A. MacBain. 2004, Aug. 10.

186. US patent No 6784563 B2. Hybrid vehicle and method of controlling hybrid vehicle / Inventor: Mitsuhiro Nada; Assignee: Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha. 2004, Aug. 31.

187. US patent No 6856866 B2. Apparatus for controlling hybrid electric vehicle / Inventor: Yoshitada Nakao; Assignee: Matsushita Electric Ind. Co., Japan. 2005, Feb. 15.

188. US patent No 6862887 B2. Hybrid drive / Inventors: Karl-Ernst Noreikat, Tobias Ostertag, Alfons Rennefeld; Assignee: Daimler Chrysler AG. 2005, Mar. 8.

189. US patent No 6866649 B2. Control device for hybrid vehicles / Inventors: Teruo Wakashiro, Atsu-shi Matsubara, Hideyuki Takahashi, Kan Kakaune; Assignee: Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha (Japan). 2005, May 3.

190. US patent No 7487851 B2. Method and apparatus for controlling a hybrid power supply system in a vehicle // Michael Buck et al. 2009. - 10 Feb. Оптимальное управление КЭУ из ЭХГ и ТАБ (for Daimler AG)

191. V.I. Utkin, Z. Yan, C. Jin. Sensorless sliding-mode control of induction motors // IEEE Trans, on Ind. Electronics, No. 47, 2000, pp. 1287-1297.201. www.advisor.com

192. Y. Nakamura, T. Kudo, F. Ishibashi, S. Hibino. High-efficiency drive due to power factor control of a permanent magnet synchronous motor drives // IEEE Trans, on Power Electronics, vol. 10, Mar 1995, pp. 247-253.

193. Y.S. Wong, K.T. Chau, C.C. Chan. Hybridization of energy source in electric vehicles // Proceeding of the 16th international EVS. -Shanghai: China, 1999.

194. Ziyad M. Salameh, Fouad Dagher. The effect of electrical array reconfiguration of the performance of a PV-powered volumetric water pump. // IEEE Transactions On Energy conversion, vol. 5, No. 4, December 1990, pp. 653-658. ; 4