O slideshow foi denunciado.
Seu SlideShare está sendo baixado. ×

mô hình hoá ô tô điện Tesla model S P85.pptx

Anúncio
Anúncio
Anúncio
Anúncio
Anúncio
Anúncio
Anúncio
Anúncio
Anúncio
Anúncio
Anúncio
Anúncio
Carregando em…3
×

Confira estes a seguir

1 de 38 Anúncio
Anúncio

Mais Conteúdo rRelacionado

Mais recentes (20)

Anúncio

mô hình hoá ô tô điện Tesla model S P85.pptx

  1. 1. z Mô hình hoá ô tô điện và kiểm soát tốc độ bằng matlab simulink
  2. 2. z I.Mục tiêu  Thiết lập mô hình Toán học của một chiếc ô tô điện dựa trên mẫu Tesla Model S P85.  Thiết kế mô hình SIMULINK mô phỏng động lực học hoàn chỉnh của mẫu Tesla Model S P85.  Kiểm soát tốc độ xe Tesla bằng Bộ điều khiển tốc độ sử dụng thuật toán PID.
  3. 3. z II. Về mẫu xe điện Tesla model S P85 • Các thông số tính toán cơ bản: • Trọng lượng : 2,108 kg • Hệ số cản khí động học : 0.24 • Diện tích cản không khí phía trước : 2.34 m^2 • Công xuất động cơ điện : 343kW / 460HP / omega=8600RMP • Mômen xoắn : 600Nm • Hệ số cản lăn trên đường nhựa : 0.02
  4. 4. z III. Các thành phần cơ bản Phương trình động lực học phương dọc: Fkéo ≥ Σ𝐹cản = Fi + Fa +Fr
  5. 5. z IV. Sơ đồ
  6. 6. z V. Ý nghĩa các khối block  Speed controller: mô phỏng mối quan hệ giữa vị trí chân ga ga và so sánh với vận tốc thực để xuất ra một xung điều khiển momen yêu cầu (Tyc)  DC motor : khối này mô phỏng lại đặc tính hoạt động của động cơ điện một chiều từ thông số momen yêu cầu, vận tốc góc động cơ xuất ra tín hiệu momen chủ động truyền tới các bánh xe
  7. 7. z  Vehicle model : dùng để mô phỏng khả năng động lực học phương dọc của xe khi được cấp mô men chủ động từ động cơ điện  Battery block : khối mô phỏng hoạt động của ắc quy trong quá trình phóng điện dựa vào tín hiệu momen động cơ và nhiệt độ môi trường
  8. 8. z VI. Quá trình thiết kế  Từ các thông số cơ bản suy ra các biểu thức toán học cho từng phần của mô hình .  Mô hình hoá các biểu thức này sang mô hình MATLAB / SIMULINK.  Sử dụng mô hình này để lập trình bộ điều khiển tốc độ.  Kiểm nghiệm kết quả và so sánh với các ví dụ trong thực tế.
  9. 9. z Tính toán lực
  10. 10. z 1.Các lực phát sinh khi xe chuyển động  Lực kéo : là lực được chuyển hóa năng lượng từ điện năng sang cơ năng thông qua động cơ và bánh xe.  Lực cản khí động học: dịch chuyển của không khí khi chuyển động hoặc do gió giật.  Lực cản lăn: sự biến dạng của lốp trên mặt đất do trọng lượng của xe hơi.  cản quán tính của ô tô: đặc tính cố hữu của khối lượng để chống lại những thay đổi trong chuyển động.  Thực tế còn có thêm lực cản dốc , Nhưng ở đây để đơn giản hoá mô hình của ta chỉ xét chạy trên đường bằng nên ta bỏ qua cản dốc
  11. 11. z A,lực kéo  Các bánh xe chuyển đổi mô-men xoắn do động cơ tạo ra thành lực tịnh tiến nhờ ma sát tạo ra bởi lốp của chúng. Lực này có thể được biểu thị bằng công thức :  Ff= T L ∗ Gr  Ở đây, 𝐿 = 48/2 = 24𝑐𝑚 và 𝐺r = 9,73 nên suy ta :  Trong thực tế hiện tượng trượt có thể xảy ra nhưng mình sẽ bỏ qua nó trong trường hợp này . Hiện tượng trượt mình sẽ giải thích ở tập khác. F=40.5*T
  12. 12. z B, lực cản khí động học  Xảy ra trên bất kỳ vật thể chuyển động nào trong chất lưu và do sự dịch chuyển và ma sát giữa vật thể và chất lưu.  Biểu thức : D= 1 2 𝜌 *V2 *S*𝐶D  Với 𝜌 là mật độ không khí  V là vận tốc xe  S là diện tích phía trước của xe  𝐶D là hệ số cản khí động của xe
  13. 13. z  Xét ở độ cao bằng với mực nước biển ta có : 𝜌 =1.225 kg m3  Ở đây với Tesla model S P85 ta có diện tích phía trước xe là: S= 2.3 (m2)  Hệ số cản khí động học CD= 0.24  Suy ra lực cản không khí ở đây là : D=0.3381*(V^2)
  14. 14. z C.lực cản lăn  Hậu quả của tổn thất cơ học do sự biến dạng của lốp xe khi tiếp xúc với mặt đất. Được biểu diễn qua công thức :  Fr= mt* Cr*g * cos 𝛼  𝛼 góc dốc  Cr hệ số cản lăn  mt tổng khối lượng của xe  g là hằng số hấp dẫn
  15. 15. z  Xét lốp xe khô và đường là đường nhựa ta có : Cr=0.02  Tổng khối lượng của tesla model s : m=2108 (kg)  Hằng số hấp dẫn g=9,81 m/s^2  Suy ra : Fr= 2108* 0.02*9.81= 413 N
  16. 16. z D. Cản quán tính  Định nghĩa : là lực sinh ra khi xe ở trạng thái tăng tốc hoặc giảm tốc  Biểu thức : Fq = m*j*𝛿i  Trong đó : m là khối lương xe  j là gia tốc của xe  𝛿i = 1,05 + 0,0015*𝐺r2 ( Gr là tỉ số truyền)
  17. 17. z  Thay số với thông số kỹ thuật của xe tesla model S P85 có :  M = 2108 (kg)  Gr =9,73  Nên ta có biểu thức của cản quán tính :  Fq = 2108 * j * (1,05 + 0,0015*9,73^2) Fq = 2513 * j (N)
  18. 18. z Battery
  19. 19. z I. Tesla model S P85 battery  Pin của Tesla model S được ghép bởi 7.104 cell pin mã 18650 bao gồm 16 module mỗi module gồm 444 cell có khả năng lưu trữ năng lượng lên 85kWh.  16 module được mắc nối tiếp , mỗi module chứa 6 nhóm mỗi nhóm gồm 74 cell mắc //.  Tổng công suất của nó là 85.000Wh và nó nặng 540kg.  Mỗi cell NCR18650B có công suất trung bình là 3300 mah, điện áp danh nghĩa 3,6V / 11,9Wh.  Điện áp tối đa của chúng là 4,2V và được phóng điện ở 2,5V.
  20. 20. z II. Hiệu suất pin  Trong một đoạn mạch mắc nối tiếp, Hiệu điện thế của đoạn mạch là tổng các Hiệu điện thế của các thành phần của nó nhưng cường độ dòng điện không đổi.  Trong một đoạn mạch mắc song song, điện áp của đoạn mạch là như nhau trong suốt nhưng cường độ dòng điện là tổng của dòng điện đi qua tất cả các thành phần của nó được mắc song song.  Do đó, chúng ta có thể tính toán điện áp danh định của pin: 𝑉 = 3.6 ∗ 16 ∗ 6 = 346𝑉  Dòng điện tối đa sẽ được thiết lập thông qua mô-men xoắn cực đại.
  21. 21. z III. Kết luận  Phân tích pin này đã cho chúng ta biết điện áp hoạt động tối đa mà chúng ta sẽ lấy ở đây là 346V để xem xét mức trung bình trong một lần xả pin. Điện áp tối đa và mức phóng điện tối đa này đã cho ta giới hạn đối với các giá trị tối đa mà hệ thống của chúng ta có thể đạt được, cả về điện áp và dòng điện. Tất cả các thông số này sẽ được thực hiện một cách thích hợp trong SIMULINK.
  22. 22. z Lưu ý :  Do cấu tạo phức tạp của pin lithium (cấu tạo bởi 7104 tế bào pin cell 3,7v) nên để mô hình hoá pin điện của xe là một chủ đề phức tạp cần phải dựa vào phương trình đối lưu nhiệt trong nội hệ thống và nhiệt độ môi trường , …… dẫn đến thời lượng bài giảng sẽ rất dài.  ở đây chủ đề của bài giảng tập trung vào mô hình hoá động lực học và để không mất tính tổng quát chúng ta sẽ lấy điện áp danh định của pin là 346 V trong suốt thời gian mô phỏng để xem xét mức trung bình trong 1 lần xả pin.  Chủ đề “ mô hình hoá hệ thống pin xe điện Lithium” sẽ được giới thiệu ở bài giảng khác Minh hoạ mô hình pin lithium 80 cell , 350 (V)
  23. 23. z Động cơ điện
  24. 24. z I. Động cơ  Tesla Model S sử dụng động cơ cảm ứng ba pha xoay chiều bốn cực.  Những điều này đòi hỏi điều khiển toán học và điện tử phức tạp nhưng sẽ cho ta hiệu quả cao.  Nên để đơn giản, chúng ta sẽ sử dụng động cơ DC có chổi than mà chúng ta sẽ biểu diễn toán học sao cho phù hợp với động cơ Tesla nhất có thể.
  25. 25. z II. Mô hình toán học  Sụt áp rơi trên điện trở : ir=I*R  Sụt áp rơi trên cuộn cảm:  IL=L*(di/dt)  Theo định luật Kirchhoff, tổng của tất cả các điện áp trên một đường dẫn kín trong mạch bằng 0 ta có:  𝑉=𝐼(𝑡)∗𝑅+𝐿*(di/dt) +𝐸(𝑡) (1)
  26. 26. z  Mô-men xoắn trong động cơ điện một chiều có thể được viết:  Với 𝐾t hằng số mô-men xoắn của động cơ xác định các đặc tính chế tạo của nó.  Tương tự ta có hiệu điện thế rơi trên động cơ cho bởi công thức:  E(t)=Ke*𝜔(𝑡)  Ke là hằng số động cơ , 𝜔(𝑡) là tốc độ quay của đc (rad/s) T(t)=Kt*I(t)
  27. 27. z  Do đó , chúng ta viết lại phương trình (1):  𝑉=𝐼(𝑡)∗𝑅 + 𝐿*(di/dt) + Ke*𝜔(𝑡)  Chuyển vế rút di/dt : di dt = V − I t ∗R − Ke∗𝜔(𝑡) L (1)
  28. 28. z III. Biểu diễn phương trình trong môi trường matlab simulink T(t)=Kt*I(t) di dt = V − I t ∗R − Ke∗𝜔(𝑡) L (1)
  29. 29. z  Phân tích dữ liệu trực tuyến, ta có thể lấy các thông số cơ bản :  𝑅 = 5.3 ∗ 10^(-3) 𝑂h𝑚  𝐿 = 493 ∗ 10^(-9) 𝐻𝑒𝑛𝑟𝑦𝑠  𝐾e = 0.12 𝑉𝑠/𝑟𝑎𝑑 𝐸  𝐾𝑇 = 0.25 𝑁𝑚/𝐴𝑚𝑝 di dt = V − I t ∗R − Ke∗𝜔(𝑡) L (1) T(t)=Kt*I(t)
  30. 30. z Lưu ý: + cách biểu diễn trên giúp ta hiểu rõ bản chất nhưng khi gặp các bài toán mô hình lớn sẽ dẫn đến rất cồng kềnh và rắc rối. + Ngoài cách biểu diễn 2 phương trình di/dt, T(t) ở trên chúng ta có thể dùng một phương pháp toán học rất hữu ích đó là biến đổi laplace phương trình di/dt để suy ra 1 phương trình hàm truyền biểu diễn mỗi quan hệ giữa T,V,omega . Ưu điểm của phương pháp này cho ta một phương trình hàm truyền duy nhất dẫn đến khi mô hình hoá rất đơn giản và ngắn gọn chỉ với duy nhất công cụ transfer funtion ( sẽ được giới thiệu trong bài mô hình khác ) Công cụ tranfer function trong matlab simulink
  31. 31. z Mô hình động lực học
  32. 32. z 1. Tổng kết lại  Lực kéo từ động cơ : Ff = 40.5T*0.7(70% hiệu suất tổng thể)  Lực cản lăn :  Fr=413N  Cản khí động học :  D=0.3381v^2  Cản quán tính :  Fq = 2513 * j (N) Inertial drag
  33. 33. z 2. Điều kiện chuyển động của xe  Từ hình vẽ ta có điều kiện chuyển động của xe:  Fkéo ≥ Σ𝐹cản  Chiếu phương trình trên lên trục Ox chiều dương là chiều tịnh tiến của xe :  Ff = Fr + D + Fq  40,5*0.7*T = 413 + 0.3381*v^2 + 2513*j Inertial drag
  34. 34. z 3. kết luận  Phương trình động lực học dọc thân xe : dv dt = 0.7 ∗ 40.5T − 413 − 0.3381v^2 2513
  35. 35. z 4.Mô hình hoá trong matlab simulink  dv dt = 0.7∗40.5T−413−0.3381v^2 2513
  36. 36. z 5. Mô hình hoàn chỉnh
  37. 37. z Kết quả thu được Đồ thị vận tốc Mô hình đạt vận tốc cực đại là 254 Km/h ( đã đúng với mô hình xe thực tế ) Đặc tính momen của động cơ Chưa đúng với đường đặc tính momen của ĐC điện
  38. 38. z Ô tô điện tesla model s p85 đạt vận tốc 100 km/s với 4.4 s . Mô hình đã đúng với thực Tế về phương diện khả năng tăng tốc + cần hoàn thiện thêm mô hình hoá pin điện lithium , module kiểm soát tốc độ bằng thuật toán PID + mô hình hoá chi tiết động học bánh xe , hệ thống truyền lực, hệ thống treo.

×