Σχεδίαση ελάχιστου λειτουργικού-κατασκευαστικού κόστους και δυναμικός έλεγχος απωλειών κινητήρων για εφαρμογές ηλεκτροκίνησης
Authors: Τσαμπούρης Ευάγγελος 
Published: September 2021

Η διδακτορική έρευνα συνεισφέρει στη σχεδίαση ελάχιστου λειτουργικού και τεχνικού κόστους κινητήρων με την αναδιατύπωση της κλασσικής συνάρτησης βελτιστοποίησης επίδοσης, μέσω προσθήκης όρων εκθετικού αναπτύγματος, για τη μοντελοποίηση επιμέρους κατανομών κατασκευαστικού κόστους συναρτήσει των μεταβλητών βελτιστοποίησης. Η προτεινόμενη συνάρτηση κόστους έχει συνδεθεί με αλγόριθμο αναζήτησης μηδενικής τάξεως, κατά Rosenbrock και έχει εφαρμοστεί στη σχεδίαση σύγχρονων κινητήρων επιφανειακών μονίμων μαγνητών τυλίγματος πλήρους και κλασματικού βήματος επιτρέποντας την αξιολόγηση επιμέρους σχεδιάσεων στη βάση κοινών, συνδυαστικών κριτηρίων. Η σύγκριση των ολικά βέλτιστων σχεδιάσεων αναδεικνύει τεχνικά πλεονεκτήματα των συγκεντρωμένων τυλιγμάτων κλασματικού βήματος και ειδικά των τυλιγμάτων απλής στρώσης, ενώ η σύγκριση στη βάση της συνολικής λειτουργικής-κατασκευαστικής βελτιστοποίησης δείχνει ότι η αύξηση των προδιαγραφών επίδοσης μπορεί εν γένει να υποσκελίσει τα κριτήρια κόστους κατασκευής, οδηγώντας σε σχεδιάσεις ενδιάμεσου κατασκευαστικού κόστους.Επίσης, η διδακτορική έρευνα συνεισφέρει στις τεχνικές δυναμικού ελέγχου των απωλειών πολλών σταδίων με την προτεινόμενη τεχνική προεπεξεργασίας των αναδράσεων ελεγκτών αναζήτησης ασαφούς λογικής, βάσει τροποποιημένης παραβολικής προσέγγισης της χαρακτηριστικής απόδοσης κινητήρα σε πραγματικό χρόνο, για την πρόβλεψη της μέγιστης απόδοσης. Η προτεινόμενη τεχνική συνδυάζεται με βελτιωμένο κυκλωματικό μοντέλο απωλειών 8ης τάξεως, το οποίο αξιοποιείται σε πραγματικό χρόνο, ως εκτιμητής απόδοσης. Ο προκύπτων υβριδικός ελεγκτής ενσωματώνεται σε ρυθμιστή τριών σταδίων αναζήτησης της βέλτιστης μαγνητικής ροής δρομέα και αυτός τέλος συνδέεται με τον κυρίως αλγόριθμο διανυσματικού ελέγχου. Η προτεινόμενη αρχιτεκτονική έχει προσομοιωθεί σε σύστημα κίνησης ηλεκτρικού οχήματος πόλης με ασύγχρονο κινητήρα, το οποίο μοντελοποιείται και εν συνεχεία εξομοιώνεται στο εργαστήριο υπό κλίμακα ισχύος. Ο προτεινόμενος ρυθμιστής συγκρίνεται με τους ρυθμιστές μαγνητικής ροής δύο σταδίων της βιβλιογραφίας, στη βάση τόσο της δυναμικής απόκρισης σε βηματικές μεταβολές όσο και της ενεργειακής κατανάλωσης κατά τον προτυποποιημένο κύκλο οδήγησης Extra-Urban Low-Powered (EULP). Τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων και η πειραματική τους επιβεβαίωση αναδεικνύουν βελτίωση του χρόνου σύγκλισης σε μεγάλες βηματικές μειώσεις του φορτίου και μειώσεις στην κατανάλωση της τάξεως του 3.5% για τον κύκλο EULP.Η παραπάνω εξειδίκευση των ερευνητικών δράσεων σχεδιασμού και ελέγχου ηλεκτροκινητήρων υποστηρίχθηκε μέσω της ανάπτυξης εργαλείων λογισμικού και υλικού. Αφενός αναπτύχθηκε κώδικας παραμετρικής σχεδίασης και επίλυσης γεωμετρίας με χρήση πεπερασμένων στοιχείων και αφετέρου σχεδιάστηκε και υλοποιήθηκε πρότυπη πειραματική διάταξη έλεγχου και μετρήσεων ηλεκτροκινητήρων. Ταυτόχρονα, διερευνήθηκε η δυνατότητα συζευγμένου υπολογισμού παραμέτρων σχεδίασης και ελέγχου κινητήρων, με στόχο την μεταφορά της πολυκριτηριακής βάσης υπολογισμού από το επίπεδο των συνιστωσών σε επίπεδο συστήματος κίνησης. Η θεώρηση της προτεινόμενης σύζευξης εμπλέκει υψηλό υπολογιστικό κόστος, το οποίο σε εφαρμογές κίνησης υψηλών προδιαγραφών δύναται να αντισταθμιστεί από τα πρακτικά οφέλη.