W większości przypadków praktyczny układ regulacji dla napędu elektrycznego, obok dokładnego śledzenia wartości zadanej i tłumienia zakłóceń, powinien efektywnie ograniczać zakres zmian wybranych zmiennych stanu obiektu. Układu regulacji, bez skutecznej metody ograniczania np. natężenia prądu, nie można w sposób efektywny wykorzystywać w praktycznych aplikacjach. Z tego względu w układach przemysłowych częściej wykorzystywana jest metoda kaskadowej struktury regulacji, która daje możliwość skutecznej implementacji ograniczeń na zmienne stanu obiektu, co skutkuje sprawniejszym działaniem, niż ma to miejsce w przypadku sprzężenia od wektora stanu.

– W naszej pracy badawczej skupiliśmy się na opracowaniu metody regulacji, która jednocześnie umożliwia wykorzystanie regulatorów ze sprzężeniem od wektora stanu, jak i pozwala na bezpośrednie zadawanie ograniczeń na poszczególne zmienne stanu i sygnał sterujący bez wykonywania obliczeń na podstawie modelu obiektu – mówi dr Marek Michalczuk.

Zespół badawczy z PW w składzie: dr inż. Marek Michalczuk, dr hab. Bartłomiej Ufnalski, prof. uczelni, prof. dr inż. Lech Grzesiak opisał pierwsze rezultaty swoich badań w formie pracy Imposing Constraints in a Full-State Feedback System Using Multithreaded Controller, w której naukowcy skupili się na walidacji regulatora położenia z ograniczeniami dotyczącymi prędkości obrotowej, prądu twornika i sygnału sterującego.

Z przeprowadzonych badań wynika, że przy zastosowaniu zaproponowanej przez naukowców PW metody wymagane jest zaprojektowanie regulatorów ze sprzężeniem od wektora stanu w liczbie równej liczbie zmiennych stanu podlegających regulacji. Jednocześnie należy zadbać o właściwy wybór sygnału sterującego podawanego na obiekt regulacji spośród wyjść zaprojektowanych regulatorów.

 – Właściwy wybór sygnału sterującego jest kluczowy do osiągnięcia wysokiej jakości regulacji w stanach przejściowych – wyjaśnia dr Marek Michalczuk.

Tak prosty w zamyśle mechanizm skutecznej implementacji ograniczeń przy zastosowaniu regulatorów ze sprzężeniem od wektora stanu nigdy wcześniej nie został wykorzystany w dziedzinie elektromobilności.

Metoda ta ma duży potencjał rozwojowy oraz szeroki wachlarz zastosowań - Może znaleźć zastosowanie i w znaczący sposób prowadzić do usprawnienia układów, których celem jest na przykład stabilizacja toru jazdy samochodu podczas pokonywania zakrętu lub niedopuszczenie do nadmiernego poślizgu kół pojazdu podczas przyspieszania – mówi dr hab. Bartłomiej Ufnalski, prof. uczelni.

Rozwiązanie opracowane przez naukowców z PW zostało zgłoszone do opatentowania.

Projekt „Regulatory wielowątkowe dla systemów przekształcania energii w elektromobilności” jest finansowany w ramach grantu badawczego Centrum Badawczego POB Konwersja i magazynowanie energii.