Performance and energy efficiency in electric vehicles using an induction motor through active disturbance rejection and optimal control strategies

Abstract

Currently, energy efficiency holds significant importance in society and its energetic transition proposals, including vehicular technology topics. Regarding electric vehicles, a critical challenge lies in addressing autonomy issues. To tackle this concern, it becomes imperative to optimize various components and associated strategies for these vehicles. A critical component is the electric motor, and induction motors are popular for their cost-effectiveness and well-established techniques. Despite its advantages, the induction motor also experiences intrinsic losses, demanding performance enhancement that can be accomplished with control strategies. This research adopts a modified active disturbance rejection control approach to address the uncertainties and complex dynamics, along with optimal control concepts for the efficiency requirements of the induction motor. The modification involves including a disturbance rejection weight, developing a weighted cost function, and tuning all the controller parameters with metaheuristic techniques. A comparative analysis of the optimization approaches, considering the disturbance rejection, and its weighted version is conducted. The modified ADRC effectively reduced the cost function value when compared to the classic ADRC approach. The study's findings are validated through experimentation with an induction motor and a DC generator simulating electric vehicle conditions. This suggests that the proposed control strategy, rooted in partial disturbance rejection within the ADRC scheme, can deliver superior performance based on a cost function, although increasing the complexity for the parameter tuning (Texto tomado de la fuente).

Actualmente, la eficiencia energética cobra gran importancia en la sociedad y sus propuestas de transición energética, incluyendo los temas de tecnología vehicular. En cuanto a los vehículos eléctricos, un desafío crítico reside en abordar las cuestiones de autonomía. Para abordar esta preocupación, se vuelve imperativo optimizar varios componentes y estrategias asociadas para estos vehículos. Un componente crítico es el motor eléctrico, y los motores de inducción son ampliamente usados por su rentabilidad y sus técnicas bien establecidas. A pesar de sus ventajas, el motor de inducción también experimenta pérdidas intrínsecas, lo que exige una mejora del rendimiento que se puede lograr con estrategias de control. Esta investigación adopta un enfoque modificado de control basado en rechazo activo de perturbaciones para abordar las incertidumbres y la dinámica compleja, junto con conceptos de control óptimos para los requisitos de eficiencia del motor de inducción. La modificación implica incluir una ponderación en el rechazo de perturbaciones, desarrollar una función de costo ponderada y ajustar todos los parámetros del controlador considerando técnicas metaheurísticas. Se realiza un análisis comparativo de los enfoques de optimización considerando el rechazo de perturbaciones y su versión ponderada. El ADRC modificado redujo efectivamente el valor de la función de costos en comparación con el enfoque ADRC clásico. Los hallazgos del estudio se validan mediante la experimentación con un motor de inducción y un generador de DC que simula las condiciones de un vehículo eléctrico. Esto sugiere que la estrategia de control propuesta, basada en el rechazo parcial de perturbaciones dentro del esquema ADRC, puede ofrecer un rendimiento superior basado en una función de costos, aunque aumenta la complejidad para el ajuste de los parámetros (Texto tomado de la fuente).