Cải thiện mô men cho động cơ AFPMSM sử dụng điều khiển dự báo kết hợp mạng học sâu ứng dụng cho xe ô tô điện
Email:
vothanhha.ktd@utc.edu.vn
Từ khóa:
MPC, Electric Vehicle, ANN, AFPMSM
Tóm tắt
Trước nhu cầu ngày càng tăng về các phương tiện giao thông hiệu suất cao và tiết kiệm năng lượng, việc nâng cao khả năng điều khiển mô-men xoắn của động cơ kéo trở thành một hướng nghiên cứu quan trọng. Trong đó, động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu từ thông dọc trục (AFPMSM) với ưu điểm cấu trúc phẳng gọn và mật độ mô-men cao đang được ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống truyền động điện hiện đại. Bài báo này đề xuất một phương pháp nhằm tăng cường mô-men xoắn của AFPMSM trong xe điện thông qua sự kết hợp giữa điều khiển dự đoán (MPC) và mạng học sâu (DNN) để tối ưu hàm chi phí. MPC điều chỉnh các hệ số trọng số nhằm giảm thiểu hàm chi phí (J) trong khi vẫn tuân thủ các ràng buộc về điện áp và dòng điện. Mạng DNN gồm năm tầng: một tầng đầu vào với năm nút tương ứng với các tham số như mô-men yêu cầu, tốc độ động cơ, dòng điện, mô-men động cơ và mô-men tải; ba tầng ẩn với 224 nút sử dụng hàm kích hoạt ReLU; và một tầng đầu ra với ba nút cùng hàm kích hoạt Sigmoid. Kiến trúc này cho phép điều chỉnh trọng số theo thời gian thực đối với mô-men xoắn, dòng điện và điện áp điều khiển, từ đó nâng cao độ chính xác quan sát, giảm gợn mô-men và tăng hiệu suất hệ thống. Tính thích nghi của bộ điều khiển MPC-DNN đảm bảo độ chính xác cao ngay cả trong điều kiện có nhiễu hoặc thay đổi. Thuật toán điều khiển lai được triển khai bằng Python cho thấy kết quả đầy hứa hẹn, mở ra hướng đi mới cho các hệ thống điều khiển thông minh và truyền động điện hiện đại.Tài liệu tham khảo
[1]. X. Zhang, D. Göhlich, J. Li, Energy-Efficient Torque Allocation Design of Traction and Regenerative Braking for Distributed Drive Electric Vehicles, IEEE Transactions on Vehicular Technology, 67 (2018) 285-295. https://doi.org/10.1109/TVT.2017.2731525
[2]. Merve Yıldırım, Mehmet Polat, H. Kurum, A survey comparing electric motor types and drives used for electric vehicles, 16th International Power Electronics and Motion Control Conference and Exposition, Antalya, Turkey, 21-24 Sept 2014. https://doi.org/10.1109/EPEPEMC.2014.6980715
[3]. Dimitrios Rimpas, Stavros D. Kaminaris, Dimitrios D. Piromalis, George Vokas, Konstantinos G. Arvanitis, Christos-Spyridon Karavas, Comparative Review of Motor Technologies for Electric Vehicles Powered by a Hybrid Energy Storage System Based on Multi-Criteria Analysis, Energies, 16 (2023) 2555. https://doi.org/10.3390/en16062555
[4]. S. Wahsh, A. Yassin, Thermal modelling of an AFPMSM : A review, Journal of Electrical Systems and Information Technology, 2 (2015) 18-26. https://doi.org/10.1016/j.jesit.2015.03.003
[5]. Y. Hori, Future vehicle driven by electricity and Control-research on four-wheel-motored 'UOT electric march II', IEEE Transactions on Industrial Electronics, 51 (2004) 954-962. https://doi.org/10.1109/TIE.2004.834944
[6]. X. D. T. Garcia, Comparison between FOC and DTC Strategies for Permanent Magnet Synchronous Motors, Advances in Electrical and Electronic Engineering, 5 (2011) 76-81. https://doi.org/10.11648/j.jeee.s.2015030201.30
[7]. Vo Thanh Ha, Torque Control of an In-Wheel Axial Flux Permanent Magnet Synchronous Motor using a Fuzzy Logic Controller for Electric Vehicles, Engineering, Technology & Applied Science Research, 13 (2023) 10357-10362. https://doi.org/10.48084/etasr.5689
[8]. Shuang Wang, Jianfei Zhao, Tingzhang Liu, Minqi Hua, Adaptive Robust Control System for Axial Flux Permanent Magnet Synchronous Motor of Electric Medium Bus Based on Torque Optimal Distribution Method, Energies, 12 (2019) 4681. https://doi.org/10.3390/en12244681
[9]. D. Croccolo, M. D. Agostinis, N. Vincenzi, Structural Analysis of an Articulated Urban Bus Chassis via Finite Element Method : A Methodology Applied to a Case Study, Journal of Mechanical Engineering, 57 (2011) 799-809. https://doi.org/10.1109/IRANIANCEE.2010.5506971
[10]. A. Daghigh, M. B. B. Sharifian, M. Farasat, A Modified Direct Torque Control of IPM Synchronous Machine Drive with Constant Switching Frequency and Low Ripple in Torque, 18th Iranian Conference on Electrical Engineering (ICEE), Isfahan, Iran, (2010). https://doi.org/10.1109/IRANIANCEE.2010.5506971
[11]. Pooja Bhatt, Hemant Mehar, Manish Sahajwani, Electrical Motors for Electric Vehicle – A Comparative Study, Proceedings of Recent Advances in Interdisciplinary Trends in Engineering & Applications (RAITEA), (2019). https://ssrn.com/abstract=3364887
[12]. D. Tan, C. Lu, The Influence of the Magnetic Force Generated by the In-Wheel Motor on the Vertical and Lateral Coupling Dynamics of Electric Vehicles, IEEE Transactions on Vehicular Technology, 65 (2016) 4655-4668. https://doi.org/10.1109/TVT.2015.2461635
[13]. Muhammad Rafaqat Ishaque, Muhammad Adil Khan, Muhammad Moin Afzal, Abdul Wadood, Seung-Ryle Oh, Muhammad Talha, Sang-Bong Rhee, Fuzzy Logic-Based Duty Cycle Controller for the Energy Management System of Hybrid Electric Vehicles with Hybrid Energy Storage System, Applied Sciences, 11(7) (2021) 3192. https://doi.org/10.3390/app11073192
[14]. Nagham S. Farhan, Fadil A. Hasan, Abd al-Rahim Dhiyab Humud, Field-oriented control of AFPMSM for an electrical vehicle using adaptive neuro-fuzzy inference system (ANFIS), Engineering and Technology Journal, 39 (2021) 1571-1582. https://doi.org/10.30684/etj.v39i10.1969
[15]. Mengxue Zou, Shuang Wang, Mengqi Liu, Kang Chen, Model Predictive Control of Permanent-Magnet Synchronous Motor with Disturbance Observer, IEEE International Symposium on Predictive Control of Electrical Drives and Power Electronics (PRECEDE), (2019). https://doi.org/10.1109/PRECEDE.2019.8753245
[16]. Yao-Hua Li, Ting-Xu Wu, Deng-Wang Zhai, Cheng-Hui Zhao, Yi-Fan Zhou, Yu-Gui Qin, Jin-Shi Su, Hui Qin, Hybrid Decision Based on DNN and DTC for Model Predictive Torque Control of PMSM, Symmetry, 14 (2022) 693. https://doi.org/10.3390/sym14040693
[17]. S. Vazquez, J. Rodriguez, M. Rivera, L. G. Franquelo, M. Norambuena, Model Predictive Control for Power Converters and Drives : Advances and Trends, IEEE Transactions on Industrial Electronics, 64 (2017) 935–947. https://doi.org/10.1109/TIE.2016.2625238
[18]. Shakil Mirza, Arif Hussain, New Approaches in Finite Control Set Model Predictive Control for Grid-Connected Photovoltaic Inverters: State of the Art, Solar, 4 (2024) 491-508. https://doi.org/10.3390/solar4030023
[19]. A. Markel, T. Brooker, T. Hendricks et al., ADVISOR : a systems analysis tool for advanced vehicle modelling, Journal of Power Sources, 110 (2020) 255–266. https://doi.org/10.1016/S0378-7753(02)00189
[2]. Merve Yıldırım, Mehmet Polat, H. Kurum, A survey comparing electric motor types and drives used for electric vehicles, 16th International Power Electronics and Motion Control Conference and Exposition, Antalya, Turkey, 21-24 Sept 2014. https://doi.org/10.1109/EPEPEMC.2014.6980715
[3]. Dimitrios Rimpas, Stavros D. Kaminaris, Dimitrios D. Piromalis, George Vokas, Konstantinos G. Arvanitis, Christos-Spyridon Karavas, Comparative Review of Motor Technologies for Electric Vehicles Powered by a Hybrid Energy Storage System Based on Multi-Criteria Analysis, Energies, 16 (2023) 2555. https://doi.org/10.3390/en16062555
[4]. S. Wahsh, A. Yassin, Thermal modelling of an AFPMSM : A review, Journal of Electrical Systems and Information Technology, 2 (2015) 18-26. https://doi.org/10.1016/j.jesit.2015.03.003
[5]. Y. Hori, Future vehicle driven by electricity and Control-research on four-wheel-motored 'UOT electric march II', IEEE Transactions on Industrial Electronics, 51 (2004) 954-962. https://doi.org/10.1109/TIE.2004.834944
[6]. X. D. T. Garcia, Comparison between FOC and DTC Strategies for Permanent Magnet Synchronous Motors, Advances in Electrical and Electronic Engineering, 5 (2011) 76-81. https://doi.org/10.11648/j.jeee.s.2015030201.30
[7]. Vo Thanh Ha, Torque Control of an In-Wheel Axial Flux Permanent Magnet Synchronous Motor using a Fuzzy Logic Controller for Electric Vehicles, Engineering, Technology & Applied Science Research, 13 (2023) 10357-10362. https://doi.org/10.48084/etasr.5689
[8]. Shuang Wang, Jianfei Zhao, Tingzhang Liu, Minqi Hua, Adaptive Robust Control System for Axial Flux Permanent Magnet Synchronous Motor of Electric Medium Bus Based on Torque Optimal Distribution Method, Energies, 12 (2019) 4681. https://doi.org/10.3390/en12244681
[9]. D. Croccolo, M. D. Agostinis, N. Vincenzi, Structural Analysis of an Articulated Urban Bus Chassis via Finite Element Method : A Methodology Applied to a Case Study, Journal of Mechanical Engineering, 57 (2011) 799-809. https://doi.org/10.1109/IRANIANCEE.2010.5506971
[10]. A. Daghigh, M. B. B. Sharifian, M. Farasat, A Modified Direct Torque Control of IPM Synchronous Machine Drive with Constant Switching Frequency and Low Ripple in Torque, 18th Iranian Conference on Electrical Engineering (ICEE), Isfahan, Iran, (2010). https://doi.org/10.1109/IRANIANCEE.2010.5506971
[11]. Pooja Bhatt, Hemant Mehar, Manish Sahajwani, Electrical Motors for Electric Vehicle – A Comparative Study, Proceedings of Recent Advances in Interdisciplinary Trends in Engineering & Applications (RAITEA), (2019). https://ssrn.com/abstract=3364887
[12]. D. Tan, C. Lu, The Influence of the Magnetic Force Generated by the In-Wheel Motor on the Vertical and Lateral Coupling Dynamics of Electric Vehicles, IEEE Transactions on Vehicular Technology, 65 (2016) 4655-4668. https://doi.org/10.1109/TVT.2015.2461635
[13]. Muhammad Rafaqat Ishaque, Muhammad Adil Khan, Muhammad Moin Afzal, Abdul Wadood, Seung-Ryle Oh, Muhammad Talha, Sang-Bong Rhee, Fuzzy Logic-Based Duty Cycle Controller for the Energy Management System of Hybrid Electric Vehicles with Hybrid Energy Storage System, Applied Sciences, 11(7) (2021) 3192. https://doi.org/10.3390/app11073192
[14]. Nagham S. Farhan, Fadil A. Hasan, Abd al-Rahim Dhiyab Humud, Field-oriented control of AFPMSM for an electrical vehicle using adaptive neuro-fuzzy inference system (ANFIS), Engineering and Technology Journal, 39 (2021) 1571-1582. https://doi.org/10.30684/etj.v39i10.1969
[15]. Mengxue Zou, Shuang Wang, Mengqi Liu, Kang Chen, Model Predictive Control of Permanent-Magnet Synchronous Motor with Disturbance Observer, IEEE International Symposium on Predictive Control of Electrical Drives and Power Electronics (PRECEDE), (2019). https://doi.org/10.1109/PRECEDE.2019.8753245
[16]. Yao-Hua Li, Ting-Xu Wu, Deng-Wang Zhai, Cheng-Hui Zhao, Yi-Fan Zhou, Yu-Gui Qin, Jin-Shi Su, Hui Qin, Hybrid Decision Based on DNN and DTC for Model Predictive Torque Control of PMSM, Symmetry, 14 (2022) 693. https://doi.org/10.3390/sym14040693
[17]. S. Vazquez, J. Rodriguez, M. Rivera, L. G. Franquelo, M. Norambuena, Model Predictive Control for Power Converters and Drives : Advances and Trends, IEEE Transactions on Industrial Electronics, 64 (2017) 935–947. https://doi.org/10.1109/TIE.2016.2625238
[18]. Shakil Mirza, Arif Hussain, New Approaches in Finite Control Set Model Predictive Control for Grid-Connected Photovoltaic Inverters: State of the Art, Solar, 4 (2024) 491-508. https://doi.org/10.3390/solar4030023
[19]. A. Markel, T. Brooker, T. Hendricks et al., ADVISOR : a systems analysis tool for advanced vehicle modelling, Journal of Power Sources, 110 (2020) 255–266. https://doi.org/10.1016/S0378-7753(02)00189
Tải xuống
Chưa có dữ liệu thống kê
Nhận bài
25/03/2025
Nhận bài sửa
09/04/2025
Chấp nhận đăng
10/04/2025
Xuất bản
15/04/2025
Chuyên mục
Công trình khoa học
Kiểu trích dẫn
Nguyễn Văn, H., & Võ Thanh, H. (1744650000). Cải thiện mô men cho động cơ AFPMSM sử dụng điều khiển dự báo kết hợp mạng học sâu ứng dụng cho xe ô tô điện. Tạp Chí Khoa Học Giao Thông Vận Tải, 76(3), 228-242. https://doi.org/10.47869/tcsj.76.3.3
Số lần xem tóm tắt
17
Số lần xem bài báo
11
