63ª Reunião Anual da SBPC

B. Engenharias - 1. Engenharia - 8. Engenharia Elétrica

ESTRATÉGIA DE CONTROLE VISANDO EFICIÊNCIA ENÉRGICA EM VEÍCULOS ELÉTRICOS

Saulo Crnkowise Garcia 1 Marcelo Carvalho Minhoto Teixeira 2 José Paulo Fernandes Garcia 3

1. Fac.de Engenharia de Ilha Solteira – FEIS/UNESP 2. Prof. Dr. /Orientador - Depto.de Engenharia Elétrica - FEIS/UNESP 3. Prof. Dr. /Depto.de Engenharia Elétrica - FEIS/UNESP

INTRODUÇÃO:

Os veículos elétricos têm se tornado uma opção a ser investigada dentro do contexto de sustentabilidade, uma vez que a pesquisa para seu desenvolvimento visando maior autonomia é uma área em constante exploração técnica e científica. A pesquisa em eficiência energética quando aplicada em veículos elétricos pode ser enfocada sob diversos aspectos, como no desenvolvimento de baterias com maior densidade energética, nos elementos conversores de potência com menor custo e baixas perdas, e também nas partes mecânicas envolvendo melhor eficiência no que diz respeito à aerodinâmica e a questões de segurança. Um enfoque pouco pesquisado é aquele que diz respeito à aplicação ou desenvolvimento de técnicas de controle mais eficazes com relação ao desempenho visando menor consumo de energia, mesmo diante de falhas provenientes de sensores da malha de controle do veículo. Neste trabalho explora-se este tema, através do uso de ferramentas da teoria de controle que são muito pouco exploradas neste tipo de aplicação, apesar de serem teorias já consolidadas.

METODOLOGIA:

Na primeira etapa do trabalho estudou-se o modelo dinâmico de um motor de corrente contínua (CC) e foram realizadas simulações computacionais para efetuar seu controle de velocidade e torque utilizando controladores convencionalmente utilizados nos motores CC de veículos elétricos, que são os Proporcional-Integral-Derivativo (PID). Em seguida, aplicou-se o controle por realimentação de estados com alocação de pólos visando minimização de índice de custo, LQR, da expressão em língua inglesa “Linear Quadratic Regulator”. Como última etapa, e com finalidade de comparação do desempenho, foi projetado um controlador que, além de minimização do esforço de controle, possui a característica de apresentar bom desempenho mesmo diante de incertezas paramétricas e falhas do tipo “ruídos de medida”. Este método de projeto, designado LQG/LTR, da língua inglesa “Linear Quadratic Gaussian/Loop Transfer Recovery”, é uma teoria já consolidada desde os anos noventa, no entanto é muito pouco aplicada no projeto de controle de veículos elétricos.

RESULTADOS:

Os resultados foram obtidos na forma gráfica a partir de simulações computacionais realizadas utilizando o software MATLAB/SIMULINK. Uma variável de interesse analisada foi a velocidade do motor CC seguindo uma referência, que é o comando do acelerador imposto pelo condutor do veículo. Outra importante variável, objeto de análise, foi a energia necessária para que o veículo tivesse uma resposta rápida de mudança de velocidade diante do comando do condutor. As análises numéricas incluíram a comparação dos métodos de controle através de um valor numérico que é o índice de desempenho quadrático. Além das análises feitas em situação normal de funcionamento do veículo, foi incluída a ocorrência de falha na realimentação da malha de controle, que foi um ruído de alta frequência no sinal proveniente do sensor de velocidade do veículo.

CONCLUSÃO:

Através da análise dos resultados, em comparação com os controladores convencionais PID e LQR, as simulações mostraram claramente que a estratégia de controle LQG/LTR proporcionou melhor desempenho do veículo em relação a sua resposta de velocidade e maior economia de energia proveniente das baterias. Ainda, diante da ocorrência da falha do sensor, os controladores PID e LQR mostraram-se totalmente ineficientes, enquanto que o projeto LQG/LTR manteve bom desempenho com baixo consumo energético.

Palavras-chave: Veículo Elétrico, Controlador PID, Controle LQG/LTR.