Оптимальное управление тяговыми электроприводами

ОПТИМАЛЬНОЕ 
УПРАВЛЕНИЕ ТЯГОВЫМИ 
ЭЛЕКТРОПРИВОДАМИ

Е.М. ОВСЯННИКОВ
Т.Б. ГАЙТОВА

МОНОГРАФИЯ

Москва
ИНФРА-М
2022

УДК 621.3(075.4)
ББК 31.2
 
О34

Овсянников Е.М.
О34  
Оптимальное управление тяговыми электроприводами : монография / Е.М. Овсянников, Т.Б. Гайтова. — Москва : ИНФРА-М, 2022. — 
307 с. — (Научная мысль). — DOI 10.12737/1141764.

ISBN 978-5-16-016422-9 (print)
ISBN 978-5-16-108717-6 (online)
В монографии рассмотрены различные типы тяговых электроприводов 
автотранспортных средств, предназначенных для эксплуатации в условиях 
города. Предложены математические модели указанных систем. На основании параметрической оптимизации и графоаналитического метода разработана методика совместного управления электроприводами по критериям минимума потерь и максимума перегрузочной способности с учетом 
возможных ограничений на ресурсы силовых элементов.
Для широкого круга читателей, интересующихся совершенствованием 
автотранспортных средств. Будет полезна студентам, аспирантам и преподавателям инженерно-технических вузов.

УДК 621.3(075.4)
ББК 31.2

Р е ц е н з е н т ы:
Ютт В.Е., доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой электротехники и электрооборудования Московского автомобильно-дорожного государственного технического университета 
(МАДИ);
Карлов С.П., кандидат технических наук, доцент кафедры электротехники Московского политехнического университета

ISBN 978-5-16-016422-9 (print)
ISBN 978-5-16-108717-6 (online)
© Овсянников Е.М., Гайтова Т.Б., 
2021

Данная книга доступна в цветном исполнении 
в электронно-библиотечной системе Znanium.com

Список основных сокращений.............................................................................................6

Введение ....................................................................................................................................7

Глава 1. Структуры тяговых систем автотранспортных средств 
с электроприводом .........................................................................................................9

1.1. Состояние и тенденции развития энергоустановок автотранспортных средств ......9
1.2. Структуры тяговых систем гибридных автомобилей ................................................20
1.3. Структуры тяговых систем электромобиля с топливными элементами .................30
1.4. Принципы построения системы энергообеспечения автотранспортных средств 
с солнечной батареей.....................................................................................................37
1.5. Тяговые электроприводы автотранспортных средств: основные требования, 
элементные базы ............................................................................................................42

Глава 2. Основы построения тяговых систем городских автотранспортных 
средств с электроприводом ........................................................................................50

2.1. Тягово-скоростные и динамические свойства городских автотранспортных 
средств .............................................................................................................................50
2.2. Методика определения рациональных характеристик силовых агрегатов 
городских автотранспортных средств с электроприводом .......................................66
2.3. Методика построения тяговой характеристики городских автотранспортных 
средств с электроприводом ...........................................................................................74
2.4. Энергетический баланс автотранспортных средств ..................................................79

Глава 3. Релейный электропривод постоянного тока ..................................................84

3.1. Функциональная схема релейного электропривода постоянного тока ...................84
3.2. Структурная схема релейного электропривода ..........................................................88
3.3. Аналитическое исследование релейного электропривода ........................................92
3.4. Электромагнитные процессы в релейном электроприводе.......................................99
3.5. Энергетика релейного электропривода и алгоритм управления им 
по минимуму потерь ....................................................................................................105

Глава 4. Математическое моделирование тяговых электрических машин 
переменного тока .......................................................................................................110

4.1. Особенности преобразования систем координат при математическом 
моделировании электрических машин переменного тока ......................................110

ОГЛАВЛЕНИЕ

4.2. Математические модели асинхронных электродвигателей в системе 
координат, вращающейся с произвольной скоростью ............................................116
4.3. Особенности применения математических моделей асинхронных 
электродвигателей для анализа электромагнитных, электромеханических 
процессов и построения систем управления электроприводом .............................121
4.4. Математическая модель тяговых асинхронных двигателей с учетом потерь 
в стали ...........................................................................................................................130
4.5. Математическое моделирование синхронных двигателей с постоянными 
магнитами .....................................................................................................................136
4.6. Математическое моделирование вентильно-индукторного электропривода ........145

Глава 5. Рациональное управление тяговыми асинхронными 
электроприводами .....................................................................................................155

5.1. Подход к рациональному управлению тяговыми электроприводами ...................155
5.2. Аналитический алгоритм управления тяговым асинхронным электроприводом 
по минимуму потерь ....................................................................................................161
5.3. Аналитический алгоритм управления тяговым асинхронным электроприводом 
по максимуму перегрузочной способности ..............................................................166
5.4. Формирование управляющих воздействий тягового асинхронного двигателя 
при совместном управлении по минимуму потерь и максимуму 
перегрузочной способности ........................................................................................171
5.5. Адаптивная идентификация параметров тяговых асинхронных 
электродвигателей в реальном масштабе времени ..................................................174
5.6. Структуры систем управления тяговыми асинхронными двигателями 
по минимуму потерь и максимуму перегрузочной способности ...........................183
5.7. Синтез систем управления тяговыми асинхронными электродвигателями 
в скользящих режимах ................................................................................................195

Глава 6. Рациональное управление тяговыми вентильными 
электроприводами .....................................................................................................208

6.1. Алгоритмы управления неявнополюсными синхронными машинами 
с постоянными магнитами по минимуму потерь и максимуму момента .............208
6.2. Алгоритмы управления явнополюсными синхронными машинами 
с постоянными магнитами по минимуму потерь и максимуму момента .............217
6.3. Адаптивная идентификация параметров синхронных машин с постоянными 
магнитами в реальном масштабе времени ................................................................230
6.4. Структуры систем управления тяговыми синхронными электродвигателями 
с постоянными магнитами по минимуму потерь и максимуму перегрузочной 
способности ..................................................................................................................231
6.5. Синтез регуляторов токов и скорости вентильно-индукторного привода ............238

Глава 7. Математическое моделирование элементов системы энергообеспечения 
автотранспортных средств с тяговым электроприводом .................................244

7.1. Математическое моделирование тяговых аккумуляторных батарей .....................244
7.2. Математическое моделирование электрохимических генераторов .......................255
7.3. Математическое моделирование солнечной батареи ..............................................273

Заключение ..........................................................................................................................294

Список использованной литературы .............................................................................299

– – – – – – – – – – -– -– – – – – – – – – – – – – – – – – -– – – – – – ;
– ;
– – – – – 6

– – – 7

8

[11, 62, 82].

-– , , 9

. -(.

, – .

.

. . :

– ;

10

– (85…90%), .

:

– – (– ) 2. :

– ;

– – .

, »

«Hybrid electric

vehicle (HEV)». 

11

 [42, 

70]. – , –

. ).

–  ;

– ;

– ; ;

– 12

,

.

– – . – -20…30 . ---(Ni-MH-13