Pregled aktivnosti na drugoj godini projekta ELTRAC

Tijekom druge godine projekta događale su se mnoge aktivnosti od kojih će ovdje biti navedeno nekoliko najvažnijih.

Od istraživačkih aktivnosti mogu se istaknuti dvije teme: Optimizacija tramvaja i Razvoj algoritma za učinkovito upravljanje motora s trajnim magnetima.

Optimizacija tramvaja

Za potrebe optimizacije pogona izrađen je računalno učinkovit model pogonskog motora koji omogućuje uključivanje nelinearnosti magnetskog kruga i gubitaka u proračun na cjelokupnom vučnom profilu. Model motora iz proračuna kinematike vozila prima zahtjeve za brzinom vrtnje i okretnim momentom te računa potrebne struje i napone na temelju dvodimenzionalnih ploha vrijednosti parametara prikazanih kao funkcija d-q komponenata struje motora. Promjena geometrije motora uzeta je u obzir iznimno brzim zakonima sličnosti koji su izvedeni analitički i mogu se primjenjivati na razvijeni nelinearni model motora.

Strujno naponski odnosi na priključcima motora poslužili su kao ulazni podaci za model izmjenjivača. Model izmjenjivača implementiran je kombinacijom usrednjenog i sklopnog modela. Na temelju usrednjenog modela određuju se strujna naprezanja poluvodiča u topologiji koja u kombinaciji s usrednjenim modelom gubitaka i toplinskim modelom poluvodiča rezultiraju proračunom toplinskog naprezanja poluvodiča. Sklopni model dvorazinskog i trorazinskog izmjenjivača koji koristi neekvidistantni vremenski korak omogućuje vrlo brz izračun izlaznog napona na temelju vektorske modulacije. Valni oblik napona na izlazu predstavlja ulaz u model PWM gubitaka motora i stvara vezu između motora i pretvarača.

Slika 1: Blok shema alata za optimizaciju pogona električnog tramvaja

S obzirom na napravljenu analizu osjetljivosti spregnutih modela motora i pretvarača, izvedena je višekriterijska optimizacija pogona električnog tramvaja za dva različita vučna profila. Optimizacija je napravljena algoritmom kolonije mrava koristeći računalni program MIDACO. Krajnji rezultat višekriterijske optimizacije je Pareto fronta koja projektantu može dati vrijedne podatke o kompromisu između odabranih funkcija cilja.

Slika 2: Gubitci motora prikazani u prostoru funkcija cilja za dva različita profila

Razvoj algoritma za učinkovito upravljanje motora s trajnim magnetima

Glavna zadaća upravljačkog sustava motora električnih vozila je praćenje reference momenta koje vozač vozila zadaje (npr. pritiskom papučice gasa). Zadani moment postiže se odgovarajućim odabirom struje motora čime se regulacija momenta svodi na regulaciju struje motora. Kao najčešća metoda upravljanja kojom se osigurava praćenje struje sinkronog motora s trajnim magnetima koristi se metoda temeljena na upravljanju orijentacijom toka koja koristi PI regulatore struje s rasprezanjem. Problem pri regulaciji struje linearnim PI regulatorima koji dolazi do izražaja prilikom naglih promjena referenci je ulazak regulatora u zasićenje zbog ograničenja na izlaze regulatora što rezultira pogoršanjem performansi, a u ekstremnim slučajevima i nestabilnosti sustava. Kao rješenje problema zasićenja strujnih regulatora izabran je upravitelj referencama (eng. reference governor) koji predstavlja dodatak koji je moguće jednostavno ugraditi u postojeće klasične strukture upravljanja. Na temelju dostupnih stanja sustava, referentne vrijednosti i skupa ograničenja upravitelj referenci proračunava slijed referentnih vrijednosti i primjenjuje ih koristeći načelo pomičnog horizonta kako bi se osiguralo zadovoljenje ograničenja sustava. U kontekstu upravljanja momentom sinkronog stroja s trajnim magnetima upravitelj referenci mijenja referentne struje u svrhu izbjegavanja zasićenja strujnih regulatora i nadmodulacije bez gubitka performansi upravljanja čime se smanjuju gubici pri naglim promjenama momenta karakterističnim u vuči. Glavna prednost takvog uređaja je u svojoj jednostavnosti i niskim računskim zahtjevima što omogućuje primjenu na sustavima u stvarnom vremenu.

Slika 3: Algoritam upravljanja sinkronim strojem s trajnim magnetima koji koristi upravitelja referencama

Slika 4: Usporedba odziva dobivenih predloženom metodom upravljanja s klasičnom PI antiwindup regulatorom

Nabava opreme

Nabavljena je nova oprema. Ukupna vrijednost opreme nabavljene tijekom druge godine iznosi preko 200.00,00 kn koja obuhvaća razne mjerne instrumente, radne stanice, softverske licence itd. Od nabavljene nove opreme tijekom druge godine projekta mogu se izdvojiti četverokanalni 350 MHz osciloskop Tektronix MDO4034C te randna stanica (Intel i7 6700K na 4 GHz 64 GB RAM DDR4).

Slika 5: Nabavljeni osciloskop

Slika 6: Nabavljena radna stanica

Promjene u Projektnom timu

Tijekom druge godine dogodile su se određene promjene u Projektnom timu. Prof. dr. sc. Ivan Gašparac otišao je u mirovinu. Projektnom timu pridružila se nova članica Ana Hanić, mag. ing.

Diseminacijske aktivnosti

Projekt je promoviran na međunarodnim konferencijama ICEM2016 koja se održala u Lausannei u Švicarskoj te na međunarodnoj konferenciji PEMC2016 koja se održala u Varni u Bugarskoj kroz prezentacije članaka koji su proizašli iz znanstvenih aktivnosti na projektu.