Αντικείμενο αυτής της διπλωματικής εργασίας ήταν ο έλεγχος ηλεκτροκινητήρων μέσω ηλεκτρονικού υπολογιστή. Προσεγγίσαμε το πρόβλημα με τρόπο που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για οποιοδήποτε τύπο συστήματος αρχίζοντας από το μηδέν και πραγματοποιώντας συγκεκριμένα βήματα. Αρχικά ορίσαμε το πρόβλημά μας ορμώμενοι από πρακτικές εφαρμογές που έχουν ανάγκη την επίτευξη του συγκεκριμένου έλεγχου που αφορά τους DC ηλεκτροκινητήρες. Επιλέξαμε ένα σύστημα ηλεκτροκινητήρων το οποίο προσομοιώνει επαρκώς το πρόβλημά μας, δηλαδή τόσο τον υπό έλεγχο ηλεκτροκινητήρα όσο και την διάταξη προσομοίωσης συνθηκών φορτίου. Στη συνέχεια μελετήσαμε το θεωρητικό υπόβαθρο γύρω από τη λειτουργία των DC κινητήρων αναλύοντας τόσο τα δομικά τους στοιχεία όσο και τη συμπεριφορά τους. Κατόπιν, επικεντρωθήκαμε στην πειραματική διάταξη κάνοντας μια αναλυτική και εκτενή περιγραφή των παραμέτρων της, του τρόπου λειτουργίας των στοιχείων της και του επιτρεπτού τρόπου λειτουργίας. Σύμφωνα με αυτά επιλέξαμε κατάλληλη διάταξη επικοινωνίας με τον υπολογιστή συνοδευόμενη από λογισμικό που θα μας επιτρέψει τον προγραμματισμό του ελέγχου της διεργασίας. Η κάρτα που επιτελεί αυτή τη διεργασία επιλέχθηκε με βάση τον αριθμό και το είδος εισόδων / εξόδων, τον μέγιστο ρυθμό δειγματοληψίας και τα δυνατά όρια λειτουργίας DC τάσης. Ακολούθησε θεωρητική περιγραφή του συστήματος και μοντελοποίηση των παραμέτρων του στο πεδίο Laplace και πήραμε μια θεωρητική απόκριση βασισμένη στις τιμές των προδιαγραφών που ορίζει ο κατασκευαστής για να δούμε μια πρώτη εικόνα του τι είδους σύστημα θα αντιμετωπίσουμε. Στη συνέχεια αναλύσαμε τη θεωρία αναγνώρισης βασισμένη στο γραμμικό πολυωνυμικό μοντέλο, καθώς και την επιλογή του αλγορίθμου αναγνώρισης που θα χρησιμοποιήσουμε και ορίσαμε τη μορφή και τάξη του μοντέλου που περιγράφει το σύστημα επαρκώς σύμφωνα. Κατασκευάσαμε το πρόγραμμα που καταγράφει την απόκριση ανοικτού βρόχου του συστήματος και με διαδοχικές πειραματικές μετρήσεις αναλύσαμε γραφικά τη συμπεριφορά του συστήματος, κάναμε παραδοχές, απλοποιήσεις και ορίσαμε τα γραμμικά όρια λειτουργίας. Τα παραπάνω συνετέλεσαν στην ομαλή διεξαγωγή καταγραφής της απόκρισης της εξόδου σε τυχαία είσοδο ώστε ο αλγόριθμος ARX να υπολογίσει το βέλτιστο προσεγγιστικό μοντέλο το οποίο στη 94 συνέχεια απλοποιήσαμε σε τάξη και προσαρμόσαμε ώστε να έχει όσο το δυνατόν πιο όμοια συμπεριφορά με το πραγματικό σύστημα. Η γνώση της προσεγγιστικής συνάρτησης μεταφοράς του συστήματος μας βοήθησε στο να επιλέξουμε το είδος ελέγχου που θα επιβάλλουμε στο σύστημα. Υλοποιήσαμε λοιπόν τον PI ελεγκτή και αναλύσαμε τη συμπεριφορά του πειραματικά για ένα συγκεκριμένο χρόνο δειγματοληψίας που είναι συνήθης να χρησιμοποιείται. Αφού βρήκαμε τις καλύτερες δυνατές τιμές των παραμέτρων του καταφέραμε όσο το δυνατόν καλύτερα τον έλεγχο του συστήματος για δεδομένο ρυθμό δειγματοληψίας. Τέλος, εξαντλήσαμε τις δυνατότητες που προσφέρει ο υπολογιστής και παραθέσαμε τη βελτιωμένη λειτουργία του ελεγκτή με πολύ μεγαλύτερο ρυθμό δειγματοληψίας κατά την οποία ορίσαμε εκ νέου τις βέλτιστες τιμές των παραμέτρων του. Το αποτέλεσμα είναι εκπληκτική ακρίβεια και επιτυχία στην επιτέλεση της επιθυμητής διεργασίας (tracking) από το σύστημα. Σκέψεις για την περεταίρω συνέχιση της εργασίας είναι ο έλεγχος AC κινητήρων με παρόμοια μέθοδο καθώς και η επιβολή διαφορετικού τύπου ελέγχου στο συγκεκριμένο σύστημα (fuzzy control, robust control). Αυτό μπορεί να γίνει πολύ εύκολα εφόσον το σύστημα είναι πλήρως αναγνωρισμένο από τη συνολική διαδικασία του κεφαλαίου 3 απλά αντικαθιστώντας τον ελεγκτή PI από διαφορετικό μέσω στοιχειώδους προγραμματισμού στο Labview. Στην εργασία αυτή αναλύθηκε ένα είδος ελέγχου αντιπροσωπευτικά αφού το μεγαλύτερο βάρος ενός τέτοιου προβλήματος, πέραν της φυσικής περιγραφής του συστήματος, αφορά πρωτίστως την αναγνώρισή του και τον πλήρη ορισμό του ως μαθηματικό μοντέλο. / This project is about DC motor control throught PID control. The control unit is programmed on Labview 8.5 and thus implemented by a PC unit. This project also contains identification theory based on ARX algorithm.

Η θεματολογία της εργασίας αυτής περιλαμβάνει την υβριδική τεχνολογία στην αυτοκίνηση. Γίνεται μία εκτεταμένη ανάλυση των υβριδικών οχημάτων, αρχικά κάνοντας αναφορά στην ιστορία των υβριδικών και μη οχημάτων και έπειτα στα περιβαλλοντικά θεμάτα που τα έφεραν στο προσκήνιο. Η ανάλυση περιλαμβάνει επίσης την μελέτη των διαφόρων κατηγοριών υβριδικών οχημάτων, την εξέταση των κατασκευαστικών μερών τους και κλείνει με την παρουσίαση κάποιων χαρακτηριστικών οχημάτων που βγήκαν στην παραγωγή. Στη συνέχεια, η εργασία περνά στο πειραματικό της στάδιο, που περιλαμβάνει τη μελέτη και κατασκευή ενός ηλεκτροκινητήριου συστήματος για εφαρμογή σε πειραματικό όχημα. Το όχημα μετά τις επεμβάσεις θα είναι υβριδικό, κάνοντας χρήση δύο πηγών ενέργειας, ορυκτά καύσιμα και ηλεκτρισμό. Έγινε η προμήθεια του οχήματος και των απαραίτητων μερών του συστήματος δηλαδή ενός ασύγχρονου ηλεκτροκινητήρα και των μπαταριών, που είναι τύπου οξέος-μολύβδου. Ακολούθησαν μηχανολογικές μετατροπές στο αμάξωμα ώστε να δεχθεί το πρόσθετο σύστημα μετάδοσης κίνησης, οι οποίες και αναλύονται. Παράλληλα βρίσκονταν σε εξέλιξη οι μετατροπείς ισχύος που απαιτούνται στο σύστημα ηλεκτρικής κίνησης για να προσαρμόσουν τα ηλεκτρικά μεγέθη κατάλληλα ώστε να επιτρέψουν την ροή ισχύος από τις μπαταρίες προς τον κινητήρα, κατά την επιτάχυνση του οχήματος, και την επιστροφή ενέργειας στις μπαταρίες από τη μηχανή, που λειτουργεί ως γεννήτρια λαμβάνοντας ενέργεια από την κινητική του οχήματος. Οι απαιτούμενοι μετατροπείς είναι ένας αμφικατευθυντήριος μετατροπέας ανύψωσης – υποβιβασμού συνεχούς τάσης σε συνεχή και ένας μετατροπέας συνεχούς τάσης σε τριφασική εναλλασσόμενη, ή πιο απλά τριφασικός αντιστροφέας. Ο δεύτερος μετατροπέας πραγματοποιεί και τον έλεγχο της ροπής που παράγει σε κάθε στιγμή ο κινητήρας μέσω της μεθόδου του Άμεσου Έλεγχου Ροπής (DTC). Περιγράφονται οι μεθοδολογίες ελέγχου των τριφασικών ασύγχρονων κινητήρων και γίνεται λεπτομερής ανάλυση της χρησιμοποιούμενης μεθόδου. Στο τελευταίο τμήμα περιγράφονται οι πειραματικές μετρήσεις που διεξήχθησαν με το σύστημα που κατασκευάστηκε, στον εργαστηριακό πάγκο και επί του οχήματος της εφαρμογής. Τέλος, γίνεται ανάλυση των αποτελεσμάτων που προέκυψαν. / The subject of this work includes the use of hybrid technology in automotive. An extensive analysis of hybrid vehicles is carried out, referring to the history of hybrid and other vehicles and then to the environmental matters that brought hybrids to the fore. The analysis also includes the study of different types of hybrid vehicles, examining their components and ends with the presentation of some remarkable vehicles that have been produced. The work then passes into the experimental phase, involving the design and construction of an electric system to be applied in a conventional vehicle. The vehicle is meant to function as a hybrid, using two energy sources, fossil fuels and electricity. For the reason, a vehicle has been supplied along with the necessary parts of the system, which consist of an asynchronous electric motor and lead acid batteries. Mechanical modifications that were made to the chassis to accept the additional drivetrain are discussed in detail. The construction of the necessary power converters is carried out in parallel. Their purpose is to adjust the electrical values in order to allow the flow of power from the batteries to the engine during acceleration of the vehicle and return energy to the batteries from the electrical machine, which acts as generator powered from the vehicle’s wheels.. The required converters are: a bi-directional buck/boost DC to DC converter and a three-phase DC to AC converter, which is simply described as inverter. The second converter also performs the control of the torque produced at any time from the engine, using Direct Torque Control (DTC). Alternate methodologies are also described, while the used technique is fully analyzed. The final section describes the experimental procedures performed to the constructed systems. At first they are tested in the laboratory and afterwards they are applied on the vehicle. Finally, an analysis of the results is performed.