Боровець Т. В. Синтез та аналіз інтелектуальних спостерігачів координат вектору стану системи керування рухом колеса електромобіля.

Дисертаційна робота присвячена синтезу та аналізу спостерігачів вектору стану системи керування рухом колеса електромобіля для покращення енергоощадності, прохідності, мобільності та підвищення безпеки руху транспортного засобу. Отримані результати дослідження дозволяють покращити точність спостереження невимірювальних величин у системах керування електромобілем, що дозволить синтезувати систему керування за повним вектором стану із врахуванням запасу мобільності. У першому розділі розкрито проблеми вимірювання величин у системах електромобілів, обґрунтовано необхідність використання алгоритмів спостереження невимірювальних координат. Наведено аналіз літературних джерел, у яких розглянуто використання класичних та інтелектуальних алгоритмів спостереження у системах керування колісним транспортом. Показано, що математичні моделі транспортних засобів та динаміка взаємодії колеса з дорогою є нелінійними, що суттєво обмежує використання лінійних спостерігачів. Показано, що недослідженими все ще залишаються питання ефективності застосування класичних спостерігачів в умовах бездоріжжя, зокрема при русі колеса по деформованому ґрунті. Другий розділ присвячений дослідженню математичних моделей, які описують динаміку руху транспортного засобу по деформованих поверхнях руху, з урахуванням відмінностей різних поверхонь руху. Отримав подальший розвиток підхід зворотної динаміки для аналізу запасу мобільності транспортного засобу та розроблення методики обмеження обертового моменту колеса для підтримання індексу мобільності у прийнятних межах. Обґрунтовано необхідність використання спостерігача для визначення компонентів індексу мобільності у режимі реального часу. Проаналізовано точність класичних спостерігачів для спостереження обертового моменту та нормальної реакції, яка діє у контакті шина-поверхня, під дією збурень на сигнали із давачів, негаусівських шумів, та у випадку неточних початкових умов. Враховуючи особливості моделі колісного модуля, показано що в алгоритмі роботи спостерігача доцільним є використання неявних методів чисельного інтегрування з низькими обчислювальними затратами. У третьому розділі розглянуто модифікації класичних алгоритмів спостереження із використанням нечіткої логіки. Показано використання нечіткого підходу для синтезу лінійного спостерігача Люенбергера, яке полягає у проектуванні спостерігача з декількома матрицями посилення, які налаштовані на різну швидкодію. Також, розглянуто використання нечіткої логіки для адаптації класичного спостерігача Люенбергера до нелінійних систем. Використання теорії нечітких множин для реалізації нечіткого спостерігача Люенбергера дає змогу підвищити точність спостереження у нелінійних системах «електропривод-колесо» у порівнянні із класичним спостерігачем. Запропоновано модифікований алгоритм фільтра частинок із динамічною зміною кількості частинок та змінним розподілом частинок під час обчислення дозволяє зменшити середній час обчислення на 53% відносно класичного підходу, водночас забезпечуючи високу точність оцінки. Отримані результати засвідчили ефективність пропонованих рішень. У четвертому розділі представлено результати експериментальних досліджень роботи модифікованого алгоритму фільтра частинок із динамічною зміною кількості частинок та змінним розподілом частинок. Алгоритм був реалізований на контролері dSPACE MicroAutobox II з використанням MATLAB/Simulink. Алгоритм перевірений на експериментальній установці MTS Flat-Trac в Національному дослідному центрі шин, Алтон, США. Реалізований спостерігач був протестований в двох режимах роботи: (i) із незначним вертикальним навантаженням 100 кг та (ii) зі значним навантаженням 2690 кг. Оцінені значення кутової швидкості, отримані спостерігачем, надають дані для розрахунку ковзання шин та радіуса кочення з високою точністю. Результати підтверджують можливість використання алгоритму нечіткого фільтра частинок для визначення характеристик взаємодії колеса із поверхнею у реальному часі, що дозволяє синтезувати контролер мобільності транспортного засобу. Іншим напрямком експериментальних досліджень було встановлення залежностей координат електроприводу колеса транспортного засобу від поверхні руху. Для досягнення цієї мети було розроблено чотирьохколісну мобільну платформу із індивідуальним електроприводом коліс. Встановлено, що рух колісного транспортного засобу по різних поверхнях руху спричиняє різну динаміку координат вектору стану системи електроприводу колеса. Для руху по асфальтованому дорожньому покритті характерні вищі значення кутової швидкості колеса та менші значення струму ніж для руху по трав’яному покритті. Рух по похилій поверхні спричиняє вищі значення струмів драйвера двигуна. При цьому, відмінність між кривими струму для різних покриттів залишається очевидною. Дані результати експериментів можуть слугувати для розробки інтелектуальних естиматорів поверхні руху, що дозволять формувати керуючий вплив із врахуванням поверхні руху.