具模糊控制之巡航定速

Department of Electrical Engineering Southern Taiwan University


Robot and Servo Drive Lab.

具模糊控制之具模糊控制之巡航定速巡航定速

學生：黃建智老師：王明賢教授日期： 2012/04/20



大綱大綱

巡航定速介紹變結構馬達概述行車阻力之分析與探討模糊控制之巡航定速設計系統架構

Robot and Servo Drive Lab. 2



巡航定速巡航定速介紹介紹

巡航定速（ Cruise Control ），是安裝在汽車中能夠自動控制車輛行駛速度的裝置。也被稱為速度控制（ Speed Control ）或自動巡航（ Autocruise ）。

行駛過程中，駕駛員可以啟動巡航定速，之後不需再踩油門，車輛既可按照一定的速度前進。在巡航定速啟動後，駕駛員也可通過巡航定速的手動調整裝置，對車速進行小幅度調整，而無需踩油門。

在平緩的道路上，使用巡航定速可以保持車輛勻速行駛，減少耗油量；在長途駕駛時，巡航定速裝置可以把駕駛員的腳從油門踏板上解放出來，從而減少疲勞程度。




變結構馬達概述變結構馬達概述 -- 各結線繞組之電氣特各結線繞組之電氣特性的差別性的差別


wye 結線之電氣阻抗為 delta 結線的 3倍

)(2

1_ RLs

eVi Ys

Ybus

等效電路等效電路

U+

V+ W+

+

_

+

_

+

_

U+

V+W

+

+

+

+

_

_

_

2L2R

ibus_YVs

Ye eL3

2R

3

2

ibus_Δ

Vs

)(2

3_ RLs

eVi sbus



變結構馬達概述變結構馬達概述 -- 變結構馬達變結構馬達

的電氣特性的電氣特性


Wye 結線之等效反電動勢常數為Delta 結線的 1.732 倍

Ytt KK __3

1

理論之曲線

受限電流所能達到之最大轉矩

Wye結線Delta結線

速度

轉矩

_topT

YtopT _

Ytit

Y

KI

T

_lim

max_

Ye

sY K

V

_max_

_lim

max_

tit KI

T

_max_

e

s

K

V

較小之轉矩常數與反電動勢常數(Delta結線)

速度

轉矩較大之轉矩常數與反電動勢常數(Wye結線)

Wye 結線：低速高扭力 Delta 結線：高速低扭

力

Y

Y

T

TT

max_max_

max_max_

3

3

Ybusss

bus iR

V

R

Vi __ 3

23

)32

(

TP moutput

tbus KiT

ems KV



行車阻力之分析與探討行車阻力之分析與探討 -- 行車阻力組行車阻力組

成元素成元素


Fa

Fg

Fr

Fac

空氣阻抗

加速阻抗

滾動阻抗

爬坡阻抗




成元素成元素

滾動阻抗 (Rolling resistance) ：此阻抗係由車輪滾動時，輪胎與地面接觸所產生摩擦阻力，故稱為滾動阻抗


路面狀況路面狀況良好柏油平滑路面 0.010 經整理平坦未鋪路面 0.04

良好水泥平滑路面 0.011 未經整理多石路面 0.08

良好粗石平華路面 0.014 新鋪設砂石路面 0.12

良好鋪磚路面 0.018 沙或石質路面 0.16

良好鋪石路面 0.020 鬆弛沙、黏土路面 0.3

rr gMF cos rF

M

rg

：滾控阻抗 (N) ：滾控阻抗係數：車重 (Kg) ：重力加速度 (9.8m/s2)

：爬坡角度 (degree)




成元素成元素

空氣阻抗 (air resistance) ：空氣阻抗阻要是與行車時的車速成平方正比關係


測試車參考車重 ( 含騎乘者 )(kg) 慣性模擬車重 C

0~105 100 0.328

105~115 110 0.334

115~125 120 0.340

125~135 130 0.346

135~145 140 0.352

145~155 150 0.358

155~165 160 0.364

165~175 170 0.370

175~185 180 0.376

2vCF da

：空氣阻抗 (N)

：風阻係數 (Ns2/m2)

：車速 (m/s)

aF

dC

v




成元素成元素

爬坡阻抗 (grade resistance) ：當車輛爬坡時重力在斜坡方向之分力極為爬坡阻抗

加速阻抗 (acceleration resistance) ：當車輛克服了滾動阻抗、空氣阻抗與爬坡阻抗後，剩餘之驅動力即是用來作為車輛的加速力


a

aMFac

：加速阻抗 (N)

：加速阻抗 (N)

：為車重 (kg)

：加速度 (m/s2)

：爬坡角度 (degree)

M

acF

gF

sin gMFg



行車阻力之分析與探討行車阻力之分析與探討 -- 克服行車阻克服行車阻

力所需扭力計算力所需扭力計算

輸入已知固定參數值 ( 車重 50kg 、成人 75kg 、物重 25kg) ( 良好的柏油平滑路面 )

(150kg 下空氣阻抗係數 )

輸出值

「車速」與「克服行車阻力所需的扭力 T 」克服行車阻力所需的扭力 T (N ． m) = 行車阻抗 Fd (N) × 輪胎半徑 R (m)

= 轉矩常數 Kt × 輸入電流 ibus(A)


aMgMVCgM

FFFFF

r

acgard

sincos 2

22/mNs 358.0C

m 203.02/0254.016 R

kgM 15001.0r



行車阻力之分析與探討行車阻力之分析與探討 -- 小輕型載具小輕型載具

參考指標參考指標


項目輕型等級小型輕型等級

整車

安全性能符合 TES-0A-08-01 或 TES-0A-08-02 電動機車抽換式電池安全準則要求

符合 TES-0A-10-01 電動機車特殊安全規範及試驗法要求

爬坡性能 18% 斜坡每小時達 10 公里以上 12% 斜坡每小時達 10 公里以上

最高車速平坦路面每小時達 45 公里以上平坦路面每小時達 25 公里以上

加速性能 0 至 100 公尺，加速時間 12 秒以下

0 至 50 公尺，加速時間 9 秒以下

續航性能變速行駛續航距離 30 公里以上變速行駛續航距離 30 公里以上

耐久性加速劣化行駛測試 3500 公里以上

且無故障等級 A類之故障

加速劣化行駛測試 2300 公里以

上且無故障等級 A類之故障

參考指標為，，。

0 20 m/sa 25 km/hrv

參考指標為，。 7 20 m/sa

參考指標為，。 0 21.23 m/sa

來源：「電動機車性能、安全補助標準及相關測試規範」修正案，經濟部工業局，2010/08/25 公布並生效



行車阻力之分析與探討行車阻力之分析與探討 -- 不同道路狀不同道路狀

況之行車阻力況之行車阻力


12% 斜坡每小時達 10 公里以上

平坦路面每小時達 25 公里以上

輸入電壓： 48V輸入電流： 40A






0 至 50 公尺，加速時間 9 秒以下


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平地之阻力曲線

最大坡度之阻力曲線

速度

轉矩

所能產生加速度的轉矩

定轉矩區定功率區

最大加速之阻力曲線

max_Ymax_

YTmax_

max_T

轉矩

速度

行車阻力曲線

switchmax_Ymax_

YTmax_

max_T

轉矩

速度

行車阻力曲線

switch





模糊控制之模糊控制之巡航定速設計巡航定速設計-- 模糊控制器架構模糊控制器架構

模糊控制器的工作原理與一般傳統控制器之不同，在於一般傳統控制器的輸入值通常為一個明確值，輸出也是明確值才能對受控體產生作用。

模糊控制器則是以語言化的模糊規則為主體，則必須先將輸入值模糊化，經過推論單元推理所得到的結果將其解模糊化，得到精確值。


資料庫規則庫

模糊化介面推論引擎解模糊化介面受控體+

-

初始命令

回授值

模糊控制器基本架構圖



模糊控制之模糊控制之巡航定速設計巡航定速設計-- 速度迴路架構圖速度迴路架構圖


速度估測

模糊控制器六步方波Fe

( 1)se k

PWM

( )se k

sensor hall

馬達

速度迴路架構圖



模糊控制之模糊控制之巡航定速設計巡航定速設計-- 模糊控制器設計模糊控制器設計

速度迴路主要目標就是系統依最新所估測之馬達轉速計算出與預定轉速差異值後，輸出一速度修正值。


Fuzzy Logic

Controller

)(kes

)1( kes

)(keF

模糊控制器輸入輸出變數示意圖

)(kes

)1( kes

：速度誤差

：前次速度誤差：補償速度命令

)()()( * kkke rmrms

*rm

rm

：速度命令

：馬達回授速度

)(keF



模糊控制之模糊控制之巡航定速設計巡航定速設計-- 定義模糊集合的歸屬函數定義模糊集合的歸屬函數


歸屬函數歸屬函數

歸屬函數

60 3 9 12 rpm

11E 4

1E21E 3

1E 51E

100 5 15 20 rpm

12E 2

2E 32E 4

2E 52E

11K 2

1K 31K 4

1K

40 2 6 8 rpm

51K

)(kes )1( kes

)(keF



電子式變速與容錯功能之系統設計電子式變速與容錯功能之系統設計--系統架構系統架構


油門命令

estDuty

切換命令

馬達

48V

Drive board

Control board

5V

Battery

驅動器

Relay

Delta接結構

Wye接結構

限電流保護

電流感測器

霍爾元件

中央控制單元

硬體電流保護

驅動器異常偵測

速度計算

模糊控制定速器


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