Publication:
Design and analysis of model reference adaptive control on the energy management system of an electric vehicle

cris.virtual.department#PLACEHOLDER_PARENT_METADATA_VALUE#
cris.virtual.orcid#PLACEHOLDER_PARENT_METADATA_VALUE#
cris.virtualsource.departmentf3e4a24d-d771-46cf-a4a7-b9d6f317eabb
cris.virtualsource.orcidf3e4a24d-d771-46cf-a4a7-b9d6f317eabb
dc.contributor.authorIslam, Maidul
dc.contributor.supervisorMuhammad Abdullah
dc.contributor.supervisorSalmiah Ahmad
dc.contributor.supervisorAlia Farhana Abdul Ghaffar
dc.date.accessioned2025-01-31T01:35:03Z
dc.date.available2025-01-31T01:35:03Z
dc.date.issued2024
dc.description.abstractElectric vehicles (EVs) have become a favourable choice due to the current environmental conditions and limited fuel resources. For efficient operation, EVs often use a lithium-ion battery as its main power source. Nevertheless, during acceleration, EVs require an instant high load demand, which is quite challenging to satisfy with the lithium-ion battery alone due to its slow discharging rate. This frequent fluctuation can damage the batteries’ State of Health (SoH), and to overcome this issue, a Hybrid Energy Storage System (HESS) is proposed. In the system, a Supercapacitor (SC) is used to support the immediate load demand from a vehicle. To ensure that the correct amount of power is extracted, a suitable controller needs to be integrated with a Bidirectional DC-DC Converter (BDC). As a model disturbance can influence both the load demand and system feedback response, a novel contribution of this work is to introduce the application of Model Reference Adaptive Control (MRAC) to overcome this issue. A detailed derivation of this algorithm, along with the investigation of the tuning effect, is presented. To analyse the efficacy of this controller, several numerical simulations have been carried out using MATLAB/Simulink, where the MRAC performance is benchmarked against the Proportional Integral (PI) controller, based on several performance indexes such as Root Mean Square Error (RMSE) of current and voltage, power demand tracking, and controllers’ characteristics. For regular operation, the results show that MRAC outperforms the PI controller in tracking voltage demand by 67% (with constant voltage) and 85% (with variable voltage) with inverting BDC and current demands by 16% (with variable current) in non-inverting BDC. While in the presence of disturbance, MRAC shows its efficacy in current demand tracking by surpassing PI controller with 15% higher accuracy. In this case, MRAC requires some time due to adjust its mechanism to surpass the PI controller in tracking the load demand. To validate the MRAC design, an EV model, designed by MathWorks has been utilised upon the integration of the HESS with a Power Management System (PMS) that operated with four (4) different driving cycles, approved by the Environmental Protection Agency (EPA), such as US06, Urban Dynamometer Driving Schedule (UDDS), Highway Fuel Economy Test (HWEFT) and Federal Test Procedure (FTP). The comparison results show MRAC consistently demonstrates superior current tracking compared to PI controller under disturbance conditions, as evidenced by significantly lower RMSE values in HWFET (8.15 vs. 39.74), UDDS (7.4 vs. 31.97), and FTP (6.34 vs. 24.89) drive cycles, respectively. Finally, the results of this study highlight the potential of adaptive control strategies in improving the efficiency, stability, and reliability of power management systems along with BDC for Hybrid Electric Vehicles (HEVs).
dc.description.abstractarabicتشكل السيارات الكهربائية (EVs) خيارًا مفضلًا في ظل الظروف البيئية الحالية وندرة موارد الوقود. لضمان التشغيل الفعّال، تستخدم السيارات الكهربائية عادةً بطارية ليثيوم-أيون كمصدر رئيسي للطاقة. ومع ذلك، تتطلب السيارات الكهربائية أثناء التسارع حملًا فوريًا عاليًا، وهو ما يمثل تحديًا كبيرًا لتلبيته باستخدام بطارية الليثيوم-أيون وحدها بسبب معدل تفريغها البطيء. يمكن أن تؤدي هذه التقلبات المتكررة إلى تدهور حالة صحة البطاريات (SoH). وللتغلب على هذه المشكلة، تم اقتراح نظام تخزين طاقة هجين (HESS)، حيث يتم استخدام المكثف الفائق (SC) لدعم الحمل الفوري المطلوب من السيارة. لضمان استخلاص الكمية الصحيحة من الطاقة، يجب دمج وحدة تحكم مناسبة مع محول تيار مستمر ثنائي الاتجاه (BDC). نظرًا لأن اضطرابات النموذج يمكن أن تؤثر على كل من الحمل المطلوب واستجابة النظام، فإن الإسهام الجديد لهذا العمل يتمثل في تطبيق التحكم التكيفي المرجعي النموذجي (MRAC) للتغلب على هذه المشكلة. يتم تقديم اشتقاق مفصل لهذا الخوارزمية، مع دراسة تأثير ضبط المعايير. لتحليل فعالية هذه الخوارزمية، تم إجراء العديد من المحاكاة العددية باستخدام برنامج MATLAB/Simulink، حيث تمت مقارنة أداء MRAC مع وحدة التحكم التناسبي التكاملي (PI) استنادًا إلى عدة مؤشرات أداء مثل جذر متوسط المربع (RMSE) للتيار والجهد، وتتبع متطلبات الطاقة، وخصائص وحدات التحكم. تظهر النتائج، في ظروف التشغيل العادية، أن MRAC يتفوق على وحدة التحكم PI في تتبع متطلبات الجهد بنسبة 67٪ (مع جهد ثابت) و85٪ (مع جهد متغير) باستخدام محول تيار مستمر عاكس، وفي تتبع متطلبات التيار بنسبة 16٪ (مع تيار متغير) باستخدام محول تيار مستمر غير عاكس. أما في وجود الاضطرابات، فإن MRAC يثبت فعاليته في تتبع متطلبات التيار من خلال تفوقه على وحدة التحكم PI بدقة أعلى بنسبة 15٪. في هذه الحالة، يحتاج MRAC إلى بعض الوقت لتعديل آليته من أجل التفوق على وحدة التحكم PI في تتبع الحمل المطلوب. لتأكيد تصميم MRAC، تم استخدام نموذج للسيارة الكهربائية مصمم بواسطة MathWorks بعد دمج HESS مع نظام إدارة الطاقة (PMS) الذي يعمل مع أربع دورات قيادة مختلفة، معتمدة من قبل وكالة حماية البيئة (EPA)، مثل US06، الجدول الزمني للقيادة الديناميكية الحضرية (UDDS)، اختبار اقتصاد الوقود على الطرق السريعة (HWFET)، وإجراءات الاختبار الفيدرالية (FTP). تظهر نتائج المقارنة أن MRAC يظهر باستمرار أداءً متفوقًا في تتبع التيار مقارنة بوحدة التحكم PI في ظروف الاضطرابات، وهو ما يتضح من خلال قيم RMSE الأقل بشكل ملحوظ في دورات القيادة HWFET (8.15 مقابل 39.74)، UDDS (7.4 مقابل 31.97)، وFTP (6.34 مقابل 24.89) على التوالي. أخيرًا، تبرز نتائج هذه الدراسة إمكانيات استراتيجيات التحكم التكيفية في تحسين كفاءة واستقرار وموثوقية أنظمة إدارة الطاقة، جنبًا إلى جنب مع محول التيار المستمر ثنائي الاتجاه في السيارات الهجينة الكهربائية .(HEVs)
dc.description.cpsemailcps2u@iium.edu.my
dc.description.emailmislam.dipu@gmail.com
dc.description.identifierThesis : Design and analysis of model reference adaptive control on the energy management system of an electric vehicle / by Maidul Islam
dc.description.identityG1828683Maidulislam
dc.description.kulliyahKulliyyah of Engineering
dc.description.nationalityBANGLADESH
dc.description.notesThesis (Ph.D)--International Islamic University Malaysia, 2024.
dc.description.physicaldescription1 online resource (xix, 174 leaves) ; illustrations.
dc.description.programmeDoctor of Philosophy in Engineering
dc.identifier.urihttps://studentrepo.iium.edu.my/handle/123456789/32693
dc.language.isoen
dc.publisherKuala Lumpur : Kulliyyah of Engineering, International Islamic University Malaysia, 2024
dc.rightsOWNED BY STUDENT
dc.subjectHybrid Evergy Storage System;Electric Vehicle;Adaptive Control
dc.titleDesign and analysis of model reference adaptive control on the energy management system of an electric vehicle
dc.typedoctoral thesis
dspace.entity.typePublication
oairecerif.author.affiliation#PLACEHOLDER_PARENT_METADATA_VALUE#

Files

Original bundle

Now showing 1 - 1 of 1
Loading...
Thumbnail Image
Name:
G1828683Maidulislam_SEC.pdf
Size:
26.55 MB
Format:
Adobe Portable Document Format
Description:
Full text

Collections