|
|
|
 |
|
 |
|
 |
|
 |
|
 |
|
 |
|
 |
|
 |
|
 |
|
 |
|
|
|
|
|
|
|
 |
|
|
|
|
|
|
|
 |
|
|
|
Fachgebiet Elektronikentwicklung < zurück |
|
|
||
|
|
|
|
Nichtlineare Regelung eines Dieselmotor-Luftpfads:
Gain-Scheduling und Ein-/Ausgangslinearisierung Dipl.-Ing. Jens Pfeiffer Technische Universität München Betreuer: Prof. Dr.-Ing. habil. Boris Lohmann Zusammenfassung der Diplomarbeit Der Luftpfad gängiger moderner Dieselmotoren ist zur Leistungs- und Wirkungsgradsteigerung mit einem Abgasturbolader mit variabler Turbinengeometrie und zur Reduzierung von Stickoxidemissionen mit einer Abgasrückführung ausgestattet. Um ein gutes Ansprechverhalten des Motors und einen niedrigen Partikel- und Stickoxidausstoß sicherzustellen, müssen die Regelgrößen Ladedruck und Frischluftmassenstrom schnell und exakt eingestellt werden. Dabei stellt die nichtlineare, verkoppelte Streckencharakteristik eine besondere Herausforderung dar. In herkömmlichen Regelstrategien für den Luftpfad kommen aufwändig über Kennfelder parametrierte PI-Eingrößenregler zum Einsatz, die im transienten Motorbetrieb eine teilweise unzureichende Regelgüte aufweisen und somit erhöhte Emissionen verursachen. Das Ziel der Arbeit war es, zur Verbesserung der genannten Probleme eine Mehrgrößenregelung im Zustandsraum zu entwickeln. Dazu wurden zwei neuartige Regelungsansätze untersucht. Der erste Ansatz stellt eine Gain-Scheduling-Mehrgrößenregelung dar, bei der ein linearer PI-Zustandsregler zur Berücksichtigung des nichtlinearen Verhaltens während der Laufzeit ständig neu ausgelegt wird. Der Regler wird zur Verbesserung des Führungsverhaltens von einer Vorsteuerung unterstützt, die auf einem Ein-/Ausgangslinearisierten Streckenmodell basiert. Aus dem für die modellbasierte Vorsteuerung verwendeten Ansatz ergab sich die Idee für eine Ein-/Ausgangslinearisierende Regelstrategie. Durch eine nichtlineare Zustandsrückführung und ein nichtlineares Vorfilter werden dabei die Nichtlinearitäten der Strecke kompensiert und entkoppeltes Ein-/Ausgangsverhalten erreicht. Zur Vermeidung einer instabilen Nulldynamik erfolgt die exakte Ein-/Ausgangslinearisierung dabei bezüglich der Ersatz-Ausgangsgrößen Abgasgegendruck und Frischluftmassenstrom. Dies erfordert eine Umrechnung des Ladedruck-Sollwerts auf den Abgasgegendruck- Sollwert, der zur Erzielung stationärer Genauigkeit des Ladedrucks mittels eines überlagerten, langsam eingestellten I-Reglers korrigiert wird. An einem detaillierten Motorprozessmodell durchgeführte Simulationen zeigen, dass sich durch den Einsatz moderner, nichtlinearer Regelstrategien beim Luftpfad eine hohe Regelgüte und eine Reihe weiterer Vorteile erzielen lassen. Insbesondere der Ein-/Ausgangslinearisierende Regler weist ein sehr gutes Führungsverhalten bei gleichzeitiger Entkoppelung des Frischluftmassenstroms auf. Es ist zu erwarten, dass er im transienten Motorbetrieb den Sollwertverlauf exakter als herkömmliche Regelstrategien einregeln und so zu einer deutlichen Verringerung der Stickoxidemissionen beitragen wird. Zudem kann die Reglerparametrierung aufgrund des modellbasierten Ansatzes transparenter und weitgehend ohne aufwändig zu vermessene Kennfelder durchgeführt werden. Da das Ein-/Ausgangslinearisierende Regelgesetz nur geringe Rechenkapazitäten benötigt, lässt es sich außerdem leicht in industriellen Steuergeräten implementieren. < zurück |
|
|
|
|
|
|
|