Математичне моделювання елементів та систем повних і гібридних електромобілів та міського електротранспорту

Спеціальність: Системи енергетики сталого розвитку
Код дисципліни: 6.141.09.E.055
Кількість кредитів: 6.00
Кафедра: Електромехатроніка та комп'ютеризовані електромеханічні системи
Лектор: к.т.н., доцент Кузнєцов Олексій Олександрович
Семестр: 7 семестр
Форма навчання: денна
Мета вивчення дисципліни: Мета вивчення навчальної дисципліни полягає одержанні студентами поняття про методи та засоби математичного та комп’ютерного моделювання елементів та систем елект-ричних, механічних, електронних, електромеханічних складових транспортних засобів та їх систем керування; набутті навичок та вмінь працювати із сучасними середовищами комп’ютерного моделювання Matlab та її складовою Simulink для задач створення комп’ютерних моделей елементів та систем транспортних засобів, а також набуття навичок комп’ютерних досліджень та інтерпретації одержаних результатів.
Завдання: Вивчення навчальної дисципліни передбачає формування у здобувачів освіти компетентностей: загальні компетентності: - Здатність до абстрактного мислення, аналізу і синтезу. - Здатність застосовувати знання у практичних ситуаціях. - Здатність працювати в команді. - Здатність працювати автономно. фахові компетентності: - Здатність вирішувати практичні задачі із застосуванням систем автоматизованого проектування і розрахунків (САПР) - Здатність вирішувати практичні задачі із залученням методів математики, фізики та електротехніки. - Здатність виконувати професійні обов’язки із дотриманням вимог правил техніки безпеки, охорони праці, виробничої санітарії та охорони навколишнього середовища. - Усвідомлення необхідності підвищення ефективності електроенергетичного, електротехнічного та електромеханічного устаткування. - Здатність оперативно вживати ефективні заходи в умовах надзвичайних (аварійних) ситуацій в електроенергетичних та електромеханічних системах. фахові компетентності професійного спрямування: - розуміння процесів та знання особливостей конструкцій електричних машин, привідних механізмів та електронних систем керування їх роботою для систем електричного транспорту; - знання та розуміння особливостей побудови, а також уміння розрахунку параметрів одиничних та гібридних систем енергетичного живлення повних і гібридних електромобілів та міського електротранспорту; - здатність застосовувати знання та уміння для побудови математичних моделей елементів та систем електричного транспорту в середовищі MATLAB з метою проведення теоретичних досліджень;
Результати навчання: Зн3. Знати принципи роботи електричних машин, апаратів та автоматизованих електроприводів та уміти використовувати їх для вирішення практичних проблем у професійній діяльності. Ум1. Застосовувати прикладне програмне забезпечення, мікроконтролери та мікропроцесорну техніку для вирішення практичних проблем у професійній діяльності. Ум2 Здійснювати аналіз процесів в електроенергетичному, електротехнічному та електромеханічному обладнанні, відповідних комплексах і системах. Ум3 Обирати і застосовувати придатні методи для аналізу і синтезу електромеханічних та електроенергетичних систем із заданими показниками. Ум13. Вміти самостійно вчитися, опановувати нові знання і вдосконалювати навички роботи з сучасним обладнанням, вимірювальною технікою та прикладним програмним забезпеченням. Ком2. Здатність використання різноманітних методів, зокрема інформаційних технологій, для ефективно спілкування на професійному та соціальному рівнях. АіВ1. Здатність адаптуватись до нових ситуацій та приймати рішення
Необхідні обов'язкові попередні та супутні навчальні дисципліни: Попередні навчальні дисципліни: 1. Теоретичні основи електротехніки 2. Застосування пакету MatLab для синтезу та аналізу електротехнічних та електромеханічних систем 3. Автоматичне керування в системах енергетики сталого розвитку 4. Технічна механіка Супутні навчальні дисципліни 1. Системи керування рухом повних і гібридних електромобілів та міського електротранспорту
Короткий зміст навчальної програми: У дисципліні описано основні методологічні засади математичного опису систем електричних, механічних, електронних, електромеханічних складових транспортних засобів та їх систем керування; пояснюється, яким чином одержуються розв’язки таких рівнянь та наскільки вони адекватно відображають процеси, які відбуваються у реальних фізичних системах. Практичною складовою дисципліни є набуття навичок комп’ютерного моделювання та дослідження з використанням сучасних середовищ комп’ютерного моделювання Matlab та Simulink та інтерпретації одержаних результатів.
Опис: 1. Поняття про математичне і комп’ютерне моделювання Поняття про моделювання. Завдання та етапи математичного моделювання. Огляд середовищ комп’ютерного моделювання. Загальні поняття про динамічні системи. Неперервні та дискретні динамічні системи. Елементи динамічних систем. Аналогія між елементами електричних та механічних систем 2. Математичні передумови. Диференціальні рівняння та динамічні системи Динамічні системи та загальні відомості про диференціальні рівняння. Динамічні системи, векторне поле, простір станів. Аналітичне розв’язування диференціальних рівнянь. Елементарні динамічні ланки. Моделювання диференціальних рівнянь у MATLAB і Simulink 3. Методи розв’язування диференціальних рівнянь та їх реалізація за допомогою Matlab-Simulink Чисельні методи розв’язування диференціальних рівнянь. Одно- та багатокрокові методи. Точність та стійкість числових методів. Розв’язування диференціальних рівнянь у Matlab/Simulink. Дискретні динамічні системи, різницеві рівняння, рекурентні формули та Z-перетворення. Особливості розрахунку диференціальних рівнянь із розривною правою частиною 4. Математичне та комп’ютерне моделювання джерел бортового живлення Математичне та комп’ютерне моделювання акумуляторних батарей. Математичне та комп’ютерне моделювання суперконденсаторів. Математичне та комп’ютерне моделювання паливних комірок. Математичне та комп’ютерне моделювання гібридних систем нагромадження енергії 5. Математичне та комп’ютерне моделювання тягових електродвигунів Математичне моделювання тягових двигунів постійного струму. Математичне моделювання тягових асинхронних двигунів. Математичне моделювання тягових синхронних двигунів. Математичне моделювання інших типів тягових двигунів. Комп’ютерне моделювання тягових електродвигунів з використанням Simulink 6. Математичне та комп’ютерне моделювання напівпровідникових перетворювачів Математичне моделювання напівпровідникових елементів. Математичне моделювання напівпровідникових перетворювачів та систем керування ними. Комп’ютерне моделювання напівпровідникових перетворювачів з використанням Simulink 7. Математичне та комп’ютерне моделювання систем тягових електроприводів Створення моделей систем тягових електроприводів. Моделювання систем керування. Комп’ютерне моделювання систем керування з використанням Simulink. Комп’ютерне моделювання систем тягових електроприводів з використанням Simulink 8. Математичне моделювання поведінки колеса ТЗ Рівняння руху колеса. Моделювання контакту шини і дороги. Моделювання поведінки шини. Комп’ютерне моделювання поведінки колеса ТЗ з використанням Simulink 9. Математичне моделювання елементів і складових трансмісії Математичне моделювання підвіски коліс. Математичне моделювання системи зчеплення, перетворювача швидкості обертання. Математичне моделювання трансмісії. Комп’ютерне моделювання елементів і складових трансмісії з використанням Simulink 10. Математичне моделювання динаміки руху ТЗ Механіка ТЗ. Опір руху ТЗ. Кінематика і динаміка лінійного руху ТЗ. Комп’ютерне моделювання руху ТЗ з використанням Simulink 11. Математичне моделювання кермового керування Механіка, кінематика і динаміка повороту. Комп’ютерне моделювання кермового керування з використанням Simulink 12. Математичне моделювання роботи повних та гібридних ТЗ Математичне моделювання роботи повних електричних ТЗ. Математичне моделювання роботи гібридних ТЗ 13. Метод ЕМR для моделювання руху транспортних засобів Загальне поняття про метод EMR. Математичне представлення елементів та систем ТЗ з використанням метода EMR. Математичне представлення системи керування в рамках ідеології метода EMR. Реалізація моделей, розроблених із використанням метода EMR, у Simulink
Методи та критерії оцінювання: Поточний контроль здійснюється на практичних заняттях у формі фронтального усного опитування перед початком занять, призначений для діагностики засвоєння лекцій-ного матеріалу та готовності студентів до практичних занять. Підсумковий контроль знань проводиться у вигляді екзамену.
Критерії оцінювання результатів навчання: • усне опитування за результатами виконання практичних робіт (70%) • підсумковий контроль (екзамен): письмово-усна форма (30%)
Порядок та критерії виставляння балів та оцінок: 100–88 балів – («відмінно») виставляється за високий рівень знань (допускаються деякі неточності) навчального матеріалу компонента, що міститься в основних і додаткових рекомендованих літературних джерелах, вміння аналізувати явища, які вивчаються, у їхньому взаємозв’язку і роз витку, чітко, лаконічно, логічно, послідовно відповідати на поставлені запитання, вміння застосовувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 87–71 бал – («добре») виставляється за загалом правильне розуміння навчального матеріалу компонента, включаючи розрахунки , аргументовані відповіді на поставлені запитання, які, однак, містять певні (неістотні) недоліки, за вміння застосовувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 70 – 50 балів – («задовільно») виставляється за слабкі знання навчального матеріалу компонента, неточні або мало аргументовані відповіді, з порушенням послідовності викладення, за слабке застосування теоретичних положень під час розв’язання практичних задач; 49–26 балів – («не атестований» з можливістю повторного складання семестрового контролю) виставляється за незнання значної частини навчального матеріалу компонента, істотні помилки у відповідях на запитання, невміння застосувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 25–00 балів – («незадовільно» з обов’язковим повторним вивченням) виставляється за незнання значної частини навчального матеріалу компонента, істотні помилки у відповідях на запитання, невміння орієнтуватися під час розв’язання практичних задач, незнання основних фундаментальних положень.
Рекомендована література: Базова 1. Liu W. Hybrid Electric Vehicle System Modeling and Control. Second Edition. John Wiley & Sons Ltd, 2017. – 582 pp. 2. Husain I. Electric and Hybrid Vehicles. Design Fundamentals. Third Edition. CRC Press, 2021. – 498 pp. 3. Abad G. Power electronics and electric drives for traction applications. John Wiley & Sons Ltd, 2017. – 642 pp. 4. S. Lekshmi and P.S. Lal Priya, Mathematical modeling of Electric vehicles - A survey, Control Engineering Practice 92 (2019) 104138. doi: 10.1016@j.conengprac.2019.104138 5. Моделювання електроприводів: Навч. посібник / Л.Д. Костинюк, В.І. Мороз, Я.С. Па-ранчук. Львів: Вид-во Національного університету «Львівська політехніка», 2004. – 404 с. 6. Prange L.J. Vehicle Dynamics Modeling for Electric Vehicles. PhD Thesis, University of Washington, 2017. – 158 pp. 7. Modeling, Dynamics, and Control of Electrified Vehicles. / Ed. by Du H., Cao D., Zhang H. Woodhead Publishing, 2018. – 521 pp. 8. Bardini R., Hiller M., Schramm D. Vehicle Dynamics. Modeling and Simulation. 2nd ed. Springer-Verlag GmbH Deutschland, 2018. – 450 pp. 9. Vehicle Dynamics of Modern Passenger Cars. / Ed. by P. Lugner. Springer International Publishing, 2019. – 382 pp. Допоміжна 1. Hayes J.G., Goodarzi G.A. Electric Powertrain. Energy Systems, Power Electronics & Drives for Hybrid, Electric & Fuel Cell Vehicles. John Wiley & Sons Ltd, 2018. – 557 pp. 2. Filizadeh S. Electric Machines and Drives. Principles, Control, Modeling, and Simulation. CRC Press, 2017. – 233 pp. 3. Shukla A. Modelling and Simulation of Hybrid EV. PhD Thesis, Imperial College London, London, UK, 2012. – 335 pp. 4. Математичні моделі та особливості чисельних розрахунків динаміки електроприводів з асинхронними двигунами: монографія / О. П. Чорний, О. І. Толочко, В. К. Титюк, Д. 5. Й. Родькін, Г.С. Чекавський. – Кременчук: ПП Щербатих О. В, 2016. – 302 с. 6. Banerjee S. Dynamics for Engineers, Wiley, 2005. – 295 pp. 7. Lewis J.W. Modeling Engineering Systems. PC-Based Techniques and Design Tools. LLH Technology Publishing, 2000. – 293 pp. 8. Klee H., Allen R. Simulation of Dynamic Systems with MATLAB® and Simulink®. 3rd ed. CRC Press, 2018. – 853 pp. 9. Palm W.J. System Dynamics. 2nd ed. McGraw-Hill, 2010. – 900 pp. 10. Chaturvedi D.K. Modeling and Simulation of Systems Using MATLAB® and Simulink®. CRC Press, 2010. – 734 pp.
Уніфікований додаток: Національний університет «Львівська політехніка» забезпечує реалізацію права осіб з інвалідністю на здобуття вищої освіти. Інклюзивні освітні послуги надає Служба доступності до можливостей навчання «Без обмежень», метою діяльності якої є забезпечення постійного індивідуального супроводу навчального процесу студентів з інвалідністю та хронічними захворюваннями. Важливим інструментом імплементації інклюзивної освітньої політики в Університеті є Програма підвищення кваліфікації науково-педагогічних працівників та навчально-допоміжного персоналу у сфері соціальної інклюзії та інклюзивної освіти. Звертатися за адресою: вул. Карпінського, 2/4, І-й н.к., кімн. 112 E-mail: nolimits@lpnu.ua Websites: https://lpnu.ua/nolimits https://lpnu.ua/integration
Академічна доброчесність: Політика щодо академічної доброчесності учасників освітнього процесу формується на основі дотримання принципів академічної доброчесності з урахуванням норм «Положення про академічну доброчесність у Національному університеті «Львівська політехніка» (затверджене вченою радою університету від 20.06.2017 р., протокол № 35).