Нейромережеве управління електромеханічною системою з пружними зв’язками в кінематичних передачах

Розроблена математична модель двомасової системи управління електроприводом генератор-двигун, яка має структуру з підсумовуючим підсилювачем. Шляхом моделювання системи встановлено, що в перехідних режимах мають місце значні коливання основних координат системи. Для забезпечення бажаних динамічних характеристик двомасової системи обґрунтовано застосування нейромережевих технологій управління. Розроблена структурна схема нейромережевої системи. В якості нейрорегулятора вибрано регулятор з передбаченням NN Predictive Controller, що міститься в пакеті прикладних програм Neural Network Toolbox системи MATLAB. Проведено моделювання нейромережевої системи. В результаті аналізу результатів моделювання встановлено, що нейромережева система забезпечує високу якість регулювання

NiMH battery forensics: Instrumentation, modelling and prognostics for identifying failure

Battery forensics is a growing research field that is becoming increasingly important with the introduction of hybrid-electric and electric vehicles. The need to correctly diagnose battery condition and predict signs of early failure is well recognised. Many presently used techniques are only applicable to laboratory situations where sensitive measurement is required or where complicated mathematical approaches are needed to assess battery condition. Advanced techniques are explored, such as extended Kalman filtering, to identify the challenges associated with analysis of multi-cell battery modules. Energy-recycling hardware is developed that is capable of efficiently cycling energy to and from cells connected in a series configuration. Switching a supercapacitor-bank-based energy store between series and parallel configurations, coupled with a bidirectional switch-mode power-supply, ensures that maximum energy is retained during the analysis cycle. Extended Kalman filtering (EKF) applied to three different battery models was used to quantify the internal component values of the battery equivalent circuits. The bulk-surface model was determined to be the most appropriate for the Toyota Prius battery modules as the EKF predicted component values converge to stable values, and the recovered voltage trace has a low error. However, the computational complexity when considering 12 series-connected NiMH cells, with their individual component variation with state-of-charge and state-of-health, make the EKF approach unviable. The data harvested during the energy recycling is used to calculate a new effective capacitance measure which relates directly to battery state-of-health. Not only is there a direct relationship between effective capacitance and state-of-health, but the (Q,V) coordinate of maximum effective capacitance on the charge-voltage plane, captured during battery discharge, is able to distinguish clearly between ordinary ageing and catastrophic cell failures

Integrated PHEV Charging Loads Forecasting Model and Optimization Strategies

In this dissertation, an integrated Plug-in Electric Vehicle (PHEV) charging loads forecasting model is developed for regular distribution level system and microgrid system. For regular distribution system, charging schedule optimization is followed up. The objectives are 1. Better cooperation with renewable energy sources (especially wind). 2. Relieving the pressure of current distribution transformers in condition of high penetration level PHEVs. As for microgrid, renewable energy power plants (wind, solar) plays a more important role than regular system. Due to the fluctuation of solar and wind plants\u27 output, an empirical probabilistic model is developed to predict their hourly output. On the other hand, PHEVs are not only considered at the charging loads, but also the discharging output via Vehicle to Grid (V2G) method which can greatly affect the economic dispatch for all the micro energy sources in microgrid. Optimization is performed for economic dispatch considering conventional, renewable power plants, and PHEVs. The simulation in both cases results reveal that there is a great potential for optimization of PHEVs\u27 charging schedule. Furthermore, PHEVs with V2G capability can be an indispensable supplement in modern microgrid

Approche systémique pour la modélisation, la gestion de l'énergie et l'aide au dimensionnement des véhicules hybrides thermiques-électriques

The Hybrid Electric Vehicle is a complex system made up of several sources and the arrangement of its transmission can appeal to several components. The possibility of having different sizes of the battery compared to the combustion engine, coupled with the various possible topologies, represent as many degrees of freedom that can be exploited for its energy optimization. The first chapter of this paper exposes this diversity by presenting the different common classifications of hybrid electric vehicles. Apart from a few applications that are intended to increase the dynamic performance of the vehicle (speed and acceleration), the goal of hybridization is mainly the reduction of energy consumption and emissions of pollutants. It is the energy target that is considered in this work. To achieve this goal, optimizations are needed on different plans. For a given use, the energy performance of the hybrid vehicle depends on three strongly interdependent aspects which are i) topology (series, parallel, dual) ii) the sizing of components iii) energy management strategy to share the instantaneous power demand. To understand these different dimensions and their coupling, a systemic approach based on modelling was implemented with the Electric and Hybrid Vehicle team members. This approach has led to the development of a simulation tool, VEHLIB, that allowed to capitalizing different modelling works. This tool, which is presented in the second chapter, has then been used to serve the objectives of the energy management optimization and support the optimal design of hybrid vehicles. Under the MEGEVH network[1] , an opening towards the Energetic Macroscopic Representation (EMR, developed by the L2EP) showed the undeniable contribution of the EMR to the systematic synthesis of complex systems' control. Chapter III, dedicated to energy management, presents a State of the art of the methods developed these past ten years, and our contribution in this area. The latter was initially in the use and improvement of the rule based methods. Then two theses under my supervision proposed the optimization of the energy management in terms of fuel consumption. All these works relied on an approach using modeling, as well as experimentation on a test bench in an emulated vehicle configuration (Hardware In the Loop - HIL - simulation). Was also highlighted for the hybrid electric vehicles the problem of the relative size of the battery and electrical machines compared to the size of the combustion engine. Indeed, for a given dynamic specifications, several sizing may qualify. A help to the optimal sizing procedure has been implemented in the team and has been the subject of work described in Chapter 4. Theoretically, the general definition of hybrid vehicles is not limited to thermal - electric version which was the subject of the majority of our contributions so far. Other possibilities for association of sources (fuel cell, supercapacitors, flywheel, ...) are being considered and are the subject of recent work. We can speak in this case of multi-source vehicle. Either at topology level or at the level of the energy management and components' sizing, research is still needed to try to generalize the concepts already developed for the hybrid electric vehicle. The use of structuring formalisms like the EMR would help to understand the growing complexity and achieve the articulation between the different levels of control, local and global. On these different dimensions, perspectives and opportunities are detailed in the last chapter of this report.Le véhicule hybride est un système complexe constitué de plusieurs sources et dont l'agencement de sa transmission peut faire appel à plusieurs composants. La possibilité d'avoir des dimensionnements différents de la batterie par rapport au moteur thermique, couplée aux diverses topologies possibles, représentent autant de degrés de liberté qui peuvent être exploités pour son optimisation énergétique. Le premier chapitre de ce mémoire expose cette diversité en présentant les différentes classifications usuelles des Îhicules hybrides. Mises à part quelques applications qui visent à augmenter les performances dynamiques des Îhicules (vitesse et accélération), l'objectif de l'hybridation est principalement la réduction de la consommation énergétique et des émissions de polluants. C'est l'objectif énergétique qu'on considère dans ces travaux. Afin d'atteindre cet objectif, des optimisations sont nécessaires sur différents plans. Pour un usage donné, les performances énergétiques du Îhicule hybride dépendent de trois aspects fortement interdépendants qui sont i) la topologie (série, parallèle, mixte) ii) le dimensionnement des composants iii) la stratégie de gestion de l'énergie entre les différentes sources. Pour appréhender ces différentes dimensions et leur couplage, une approche systémique s'appuyant sur la modélisation a été mise en place avec les membres de l'équipe Véhicules électriques et hybrides du LTE. Cette approche a abouti au développement d'un outil de simulation, VEHLIB, qui a permis de capitaliser les différents travaux de modélisation. Cet outil, présenté dans le deuxième chapitre, a été utilisé ensuite pour servir les objectifs d'optimisation de la gestion de l'énergie et d'aide au dimensionnement optimal des Îhicules hybrides. Dans le cadre du réseau MEGEVH , une ouverture vers la Représentation Energétique Macroscopique (REM, développée au L2EP) a permis de démontrer l'apport incontestable de la REM pour la synthèse systématique de la commande des systèmes. Le chapitre III, consacré à la gestion de l'énergie, présente un état de l'art des méthodes développées ces dix dernières années, ainsi que notre contribution dans ce domaine. Cette dernière a consisté dans un premier temps en l'utilisation et l'amélioration des méthodes à base de règles expertes. Ensuite deux thèses ont proposé l'optimisation de la gestion de l'énergie de point de vue de la consommation de carburant. Tous ces travaux se sont appuyés sur une démarche utilisant la modélisation, ainsi que l'expérimentation sur banc d'essai à l'échelle 1 dans une configuration de Îhicule émulé (Hardware In the Loop - HIL - simulation). Il s'est posé également, pour le Îhicule hybride, le problème de la taille relative de la batterie et des machines électriques vis-à-vis de la taille du moteur thermique. En effet, pour un cahier des charges dynamique donné, plusieurs dimensionnements peuvent être admissibles. Une procédure d'aide au dimensionnement optimal a été mise en oeuvre dans l'équipe et a fait l'objet de travaux exposés dans le chapitre 4. En théorie, la définition générale du Îhicule hybride ne se limite pas à la version thermique - électrique qui a fait l'objet de la plus part de nos contributions jusqu'ici. D'autres possibilités d'association de sources (Pile à combustible, supercondensateurs, volent d'inertie, ...) sont envisagées et font l'objet de travaux récents. On peut parler dans ce cas de Îhicule multi-sources. Tant au niveau des topologies, qu'au niveau de la gestion de l'énergie et du dimensionnement, des travaux de recherches sont encore nécessaires pour tenter de généraliser les concepts déjà développés pour le Îhicule hybride thermique-électrique. L'utilisation de formalismes structurants à l'image de la REM permettrait d'appréhender la complexité croissante et de réaliser l'articulation entre les différents niveaux de commande, locale et globale. Sur ces différentes dimensions, des ouvertures et des perspectives sont détaillées dans le dernier chapitre de ce mémoire