Nonlinear controllers design for plug-in hybrid electric vehicle

• Autorzy: Hamadouche Zwawi , Khiat Mounir , Chaker Abdelkader

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2022.06.27

Warianty tytułu

PL

Nieliniowa konstrukcja sterowników do hybrydowego pojazdu elektrycznego typu plug-in

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Alternative options for producing electricity and fulfilling the increasing electric vehicles power demand can help in minimizing the global warming impact. It is important to maintain the load-balance generation based on load demands. This research investigates plug-in hybrid electric vehicles (PHEVs) through designing the charging and the working controllers and studying them. The DC bus voltage regulation and tracking of the battery and supercapacitor currents to their desired values were designed using non-linear sliding mode controllers. The validation of the SMC controller’s efficient performance was carried out using a non-linear based backstepping controller and compared with the non-linear sliding mode controllers. Further, this research presents a comparative analysis, that is, a detailed response of the non-linear based backstepping controller and the SMC controller regarding their ability to track, the DC bus voltage regulation and desired reference, the battery, and supercapacitor currents. Also, a Lyapunov function candidate was used to analyze the PHEV’s global asymptotic stability. After verification of the designed controllers using MATLAB/Simulink, the results indicate that both controllers achieved the aim of the DC bus voltage regulation and its reference voltage tracking under different load conditions.

PL

Alternatywne opcje wytwarzania energii elektrycznej i zaspokojenia rosnącego zapotrzebowania na energię pojazdów elektrycznych mogą pomóc w zminimalizowaniu wpływu globalnego ocieplenia. Ważne jest, aby utrzymać generowanie równoważenia obciążenia na podstawie wymagań obciążenia. W ramach tych badań badane są hybrydowe pojazdy elektryczne typu plug-in (PHEV) poprzez projektowanie ładowania i kontrolerów pracy oraz ich badanie. Za pomocą nieliniowych regulatorów trybu ślizgowego zaprojektowano regulację napięcia szyny DC oraz śledzenie prądów baterii i superkondensatorów do ich pożądanych wartości. Walidację wydajności sterownika SMC przeprowadzono przy użyciu nieliniowego sterownika wstecznego i porównano z nieliniowymi sterownikami trybu ślizgowego. Ponadto, badanie to przedstawia analizę porównawczą, czyli szczegółową odpowiedź nieliniowego kontrolera wstecznego i kontrolera SMC pod kątem ich zdolności do śledzenia, regulacji napięcia szyny DC i pożądanego odniesienia, prądów baterii i superkondensatorów. Do analizy globalnej asymptotycznej stabilności PHEV wykorzystano również kandydata na funkcję Lapunowa. Po weryfikacji zaprojektowanych sterowników za pomocą MATLAB/Simulink, wyniki wskazują, że oba sterowniki osiągnęły cel regulacji napięcia szyny DC i sledzenia jej napięcia odniesienia w różnych warunkach obciążenia.

Słowa kluczowe

EN

plug-in hybrid electric vehicle; PHEVs; sliding mode controller; backstepping controller

PL

hybrydowy pojazd elektryczny typu plug-in; PHEV; kontroler trybu przesuwnego; kontrola cofania

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2022
• Tom: R. 98, nr 6
• Strony: 149--157
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Hamadouche Zwawi

• SCAMRE LABORATORY, Department of Electrical Engineering, National Polytechnic School-Maurice Audin-Oran. BP 1523 El’ M’naouer, Oran, Algeria

autor

Khiat Mounir

• SCAMRE LABORATORY, Department of Electrical Engineering, National Polytechnic School-Maurice Audin-Oran. BP 1523 El’ M’naouer, Oran, Algeria

autor

Chaker Abdelkader

• SCAMRE LABORATORY, Department of Electrical Engineering, National Polytechnic School-Maurice Audin-Oran. BP 1523 El’ M’naouer, Oran, Algeria

Bibliografia

• [1] Bilgen S., Kaygusuz K. and Sari A: Renewable Energy fora Clean and Sustainable Future, Energy Sources, 26(12),pp. 1119-1129, 2004.
• [2] Tutor M.A: The documentation on how the datawas transformed was, tutordocumentation UnitedStates Environmental Protection Agency, [web page]http://www.epa.gov/ghgemissions/.
• [3] Shafiei S. and Salim R.A.: Non-renewable and renewableenergy consumption and CO2 emissions in OECD countries:A comparative analysis, Energy Policy, 66, pp. 547-556, 2014.
• [4] Chan C.C.: The state of the art of electric, hybrid, and fuelcell vehicles, Proceedings of the IEEE, 95(4), pp. 704-718,2007.
• [5] Gejguš M., Aschbacher C. and Sablik J.: Comparison of thetotal costs of renewable and conventional energy sources, Research Papers Faculty of Materials Science and TechnologySlovak University of Technology, 24(37), pp. 99-104, 2016.
• [6] Dreidy M., Mokhlis H. and Mekhilef S.: Inertia response andfrequency control techniques for renewable energy sources:A review, Renewable and sustainable energy reviews, 69,pp. 144-155, 2017.
• [7] Aneke M. and Wang M.: Energy storage technologies andreal life applications–a state of the art review, Applied Energy,179, pp. 350-377, 2016.
• [8] Shiau C.S.N., Samaras C., Hauffe R. and Michalek J.J.: Impact of battery weight and charging patterns on the economicand environmental benefits of plug-in hybrid vehicles, EnergyPolicy, 37(7), pp. 2653-2663, 2009.
• [9] Khan M.S., Ahmad I. and Abideen F.Z.U: Output voltageregulation of fc-uc based hybrid electric vehicle using integral backstepping control, IEEE Access, 7, pp. 65693-65702,2019.
• [10] Lacroix S., Labouré E. and Hilairet M.: An integrated fastbattery charger for electric vehicle, in 2010 IEEE VehiclePower and Propulsion Conference, IEEE, 2018, pp. 1-6.
• [11] Kumar S. and Usman A.: A review of converter topologiesfor battery charging applications in plug-in hybrid electric vehicles, in 2018 IEEE Industry Applications Society Annual Meeting (IAS), IEEE, 2018, pp. 1-9.
• [12] Rachid A., Fadil H.E., Belhaj F.Z., Gaouzi, K. and Giri,F.: Lyapunov-based control of singlephase ac–dc powerconverter for bev charger, in Recent Advances in Electricaland Information Technologies for Sustainable Development. ,Springer, 2019, pp. 115–121.
• [13] Cheng K.W.E., Divakar B.P., Wu H., Ding K. and Ho H.F.: Battery-management system (bms) and soc development forelectrical vehicles, IEEE transactions on vehicular technology,60(1), pp. 76-88, 2010.
• [14] Zandi M., Payman A., Martin J.P., Pierfederici S., Davat B. and Meibody-Tabar F.: Energy management of a fuelcell/supercapacitor/battery power source for electric vehicular applications, IEEE transactions on vehicular technology,60(2), pp. 433-443, 2010.
• [15] Aktas A., Erhan K., Ozdemir S. and Ozdemir E.: Experi-mental investigation of a new smart energy management algorithm for a hybrid energy storage system in smart grid applications, Electric Power Systems Research, 144, pp. 185-196,2017.
• [16] Kumar J., Agarwal A. and Agarwal V.: A review on over-all control of dc microgrids, Journal of energy storage, 21,pp. 113-138, Feb. 2019.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).