Odhad parametrů elektrického pohonného ústrojí studentské formule

Abstract

Tato diplomová práce zkoumá možnosti využití algoritmů pro odhad parametrů a stavů v kontextu elektrického powertrainu závodního vozu Formula Student stavěného na ČVUT v Praze. Práce utváří modely potřebné pro jejich návrh a ověřuje výsledky nasazení na hardware vestavných systémů vozidla. Jsou prezentovány modely komponent elektrického powertrainu -- Theveninův náhradní obvod pro články vysokonapěťového akumulátoru a dynamický model PMSM v rotujícím souřadném systému v osách $dq$. Parametry modelů jsou identifikovány s použitím vlastních testovacích procedur pro získání vhodných návrhových a validačních modelů popisujících skutečné komponenty nasazené na nejnovější formuli. Jsou prezentovány algoritmy pro odhad stavů a parametrů s důrazem na Rekurzivní nejmenší čtverce (RLS) a Rozšířený Kalmanův filtr (EKF). Je diskutována jejich vhodnost pro různé úlohy, výhody a nevýhody, spolu s praktickými otázkami jejich nasazení na řídicích jednotkách vozidla. Algoritmy jsou nakonec otestovány pro vyhodnocení dosažených výsledků.

This master's thesis investigates various opportunities for state and parameter estimation for the electric powertrain of the Formula Student single-seater built at CTU in Prague. It develops models required for their use and tests their deployment on embedded control electronics of the vehicle. The dynamical models of electric powertrain components are presented, namely the equivalent circuit model for battery cells of the high voltage accumulator and the dynamical model of PMSM in the rotating $dq$ reference frame. Both models are analyzed for simplifications and modifications. Parameters of models are identified using testing data to obtain accurate design and validation models for actual components used on the latest eForce vehicle. State and parameter estimation algorithms are presented with emphasis on RLS and EKF. Their suitability, advantages, and disadvantages are discussed, together with practical questions regarding the deployment of said algorithms on vehicle ECUs. Finally, algorithms are tested and their performance is evaluated.