Nové koncepce pohonných jednotek pro moderní dopravní systémy

Abstract

Tato práce se zabývá vývojem prediktivního řízení střídavých elektrických pohonů s uvažováním dlouhého predikčního horizontu a výpočetními nároky, které jsou srovnatelné s konvenčně používanými metodami řízení. Základní myšlenka navrhovaného řízení vychází z aproximace cost to go funkce Dynamického programování pro dlouhý predikční horizont. Pro speciální případy (tj. lineární matematický model a kvadratická ztrátová funkce) je možné problém řízení vyřešit analyticky což vede na dramatické snížení výpočetních nároků. Problém je však dodržet tvrdá omezení. Navržená technika řízení využívá aproximaci dlouhého horizontu v jednokrokovém MPC. Hlavní důraz je přitom kladen na splnění tvrdých stavových a vstupních omezení, která jsou řešena pouze v rámci jednoho kroku MPC. Výsledný algoritmus je velmi jednoduchý a snadno implementovatelný, přesto si ponechává výborné vlastnosti srovnatelné s MPC řešeného na dlouhém predikčním horizontu. Navrhované algoritmy řízení byly implementovány do DSP a testovány na laboratorním prototypu pohonu s PMSM o jmenovitém výkonu 10,7kW, ve třech praktických případech. První případ popisovaný v kapitole 4 se zaměřuje na řízení PMSM s využitím pulsně šířkové modulace. Úkolem je navrhnout řízení pohonu s PMSM a vlastnostmi srovnatelnými s existujícími metodami řízení bez využití kaskádního řazení lineárních regulátorů, s mnohem nižšími výpočetními nároky algoritmu. Druhý případ popisovaný v páté kapitole se zaměřuje na prediktivní řízení PMSM bez PWM s využitím přímého výběru napěťového vektoru (FCS-MPC). Navržené řešení má za úkol minimalizovat zvlnění proudu při nízkých spínacích frekvencích s využitím dlouhého predikčního horizontu a překonat existující jednokroková řešení se srovnatelnými výpočetními nároky. Třetí případ popisovaný v kapitole 6 se zaměřuje na zvýšení stability trakčního pohonu s PMSM napájeného ze stejnosměrné troleje přes vstupní LC filter. Problém je rozdělen na dvě části:, i) stabilita vstupního LC-filteru, která je řešena na dlouhém predikčním horizontu a ii) řízení PMSM, které je řešeno na krátkém horizontu. Obě dvě řešení jsou elegantně zkombinována ve ztrátové funkci jednokrokového FCS-MPC algoritmu.