عنوان پایان‌نامه
مدل‌سازی و طراحی استراتژی کنترل هوشمند برای اتوبوس هیبرید موازی هیدرولیکی
- رشته تحصیلی
- مهندسی مکانیک طراحی کاربردی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس 2 فنی شماره ثبت: 2156;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 55264
- تاریخ دفاع
- ۲۹ شهریور ۱۳۹۱
- دانشجو
- علی صفائی
- استاد راهنما
- محمدرضا حایری یزدی, وحید اصفهانیان
- چکیده
- استفاده از تکنولوژی هیبرید، ایده‌ای مناسب جهت کاهش مصرف سوخت در خودروها می‌باشد. در این پایان‌نامه یک سیستم قوای محرکه‌ی هیبرید هیدرولیک برای یک اتوبوس شهری طراحی و مدل‌سازی شده‌است. سیستم قوای محرکه شامل یک موتور احتراق‌داخلی به‌عنوان مؤلفه‌ی اول تولید قدرت و یک پمپ-موتور هیدرولیکی به‌عنوان مؤلفه‌ی دوم تولید قدرت می‌باشد. پمپ-موتور هیدرولیک امکان اعمال گشتاور منفی بر چرخ‌های خودرو و بازیابی انرژی ترمزی را دارد. در سیستم حاضر، آکومولاتورهای هیدرولیکی به‌عنوان منبع ذخیره‌ی انرژی استفاده شده‌اند. در مرحله‌ی طراحی سیستم، بیشینه‌ی توان موردنیاز برای هریک از منابع تولید قدرت تعیین شده‌است. پس از طراحی و انتخاب المان‌های مختلف سیستم قوای محرکه، متناظر با هریک از المان‌ها، یک مدل در نرم‌افزار MATLAB/Simulink ایجاد شده‌است. مدل‌سازی با لحاظ نمودن بازده‌ی المان‌ها انجام گرفته‌است. با ترکیب مدل‌های ایجادشده، یک مدل جامع برای اتوبوس هیبرید هیدرولیک ایجاد شده‌است. به‌منظور مدیریت گشتاور در سیستم قوای محرکه‌ی هیبرید دو استراتژی کنترل طراحی شده‌است. ابتدا یک استراتژی کنترل قانون‌مند که براساس دید فرد طراح نسبت به سیستم طراحی می‌شود، ارائه شده‌است. سپس روند طراحی استراتژی کنترل هوشمند بطور مفصل بیان شده‌است. این استراتژی کنترل با استفاده از یک واحد شناسایی سیکل، شباهت هر سیکل رانندگی به چهار سیکل رانندگی استاندارد را تعیین می‌کند. واحد شناسایی سیکل شامل یک الگوریتم انتخاب مشخصه و یک الگوریتم خوشه‌بندی فازی می‌باشد. سیگنال کنترلی مناسب با استفاده از ترکیب خطی خروجی چهار کنترلر بهینه متناظر با هریک از سیکل‌های رانندگی استاندارد ایجاد شده‌است. هریک از جمله‌ها در این ترکیب خطی با استفاده از درجات شباهت تعیین‌شده توسط واحد شناسایی سیکل وزن‌دهی شده‌است. کنترلرهای بهینه‌ی متناظر با چهار سیکل رانندگی استاندارد با استفاده از الگوریتم برنامه‌ریزی دینامیکی بدست آمده‌‌اند.این کنترلرها با استفاده از مجموعه‌ای از شبکه‌های عصبی مدل‌سازی و به‌صورت آنلاین استفاده شده‌اند. نتایج شبیه‌سازی‌های انجام‌شده نشان می‌دهد که عملکرد شتاب‌گیری اتوبوس هیبرید نسبت به اتوبوس متعارف بهبود یافته‌است. درمقابل، سرعت اتوبوس هیبرید در طی مسافت با شیب ثابت بیشتر از صفر، کمتر از سرعت اتوبوس متعارف در شرایط
- Abstract
- Using hybrid powertrains is an attractive idea to reduce the fuel consumption in vehicles. Control strategy is the most challenging subject in designing of a hybrid powertrain. In this research, an intelligent control strategy for the hydraulic hybrid propulsion system of an urban bus is designed. The propulsion system consists of a diesel Internal Combustion Engine (ICE) as the primary and a hydraulic Pump/Motor (P/M) as the secondary power generation components. Also, the hydraulic accumulators are used as the energy storage components. For designing of the hybrid propulsion system, the initial sizing of two power generation components is performed by considering the performance constraints of an urban bus. After that, the hydraulic hybrid propulsion components are modeled in MATLAB/Simulink. The efficiencies of every component are considered in the modeling. Then, the components models are combined to form a feed-forward model of the hydraulic hybrid bus. For management of the torques of two power sources in the proposed hybrid powertrain, two different control strategies are designed and modeled. One of them is a rule-based control strategy which operates based on some expert knowledge generated rules. The other one is an intelligent control strategy. The output of the intelligent control strategy is determined considering the similarity of the driving cycle to some standard driving cycles. In other words, the intelligent control strategy is an optimized control strategy based on the driving cycle type. In this strategy, at first, four standard driving cycles are defined as the reference clusters. Then the optimized control strategy for each cluster is derived using a dynamic programming algorithm. In addition, several multi-layered perceptron networks are modeled in order to use the output of each optimized control strategy. After that, a clustering method with a feature selection algorithm is implemented to assign degree of similarity to each cluster for the unknown driving cycle. At last, a linear combination of four optimized control strategy outputs is used for generating final output of the intelligent control strategy. In this combination, each output is weighted by the corresponding degree of similarity. Finally, the hydraulic hybrid bus model is simulated in MATLAB/Simulink with two proposed control strategies. The simulation results confirm that by using the hydraulic hybrid powertrain with the rule-based control strategy the fuel consumption of the bus is much lower than that of the conventional bus. Also, the results show that by using the intelligent control strategy, the fuel consumption of the hybrid bus is reduced up to 8 percent in comparison with the results of the rule-based control strategy.
