DOI: 10.17586/2226-1494-2015-15-4-623-631


АЛГОРИТМ АДАПТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ КРУТЯЩИМ МОМЕНТОМ ИНЖЕКТОРНОГО ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Герасимов Д.Н., Лызлова М.В., Могилевцев Ф.Л., Никифоров В.О.


Читать статью полностью 
Язык статьи - русский

Ссылка для цитирования: Герасимов Д.Н., Лызлова М.В., Могилевцев Ф.Л., Никифоров В.О. Алгоритм адаптивного управления крутящим моментом инжекторного двигателя внутреннего сгорания // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2015. Т. 15. № 4. С. 623–631.

Аннотация

 Предмет исследования. Двигатель внутреннего сгорания как объект управления является сложной существенно нелинейной системой, работающей, как правило, в динамических режимах в условиях действия возмущений. В силу сложности конструкции и многорежимности работы двигателя ряд его характеристик и параметров неизвестны или неточно известны. В этих условиях задача управления моментом представляется нетривиальной и требует применения современных методов управления, позволяющих парировать указанные особенности. В работе предлагается сравнительно простой алгоритм адаптивного управления крутящим моментом инжекторного двигателя. Метод. Отличие предлагаемого метода управления моментом заключается в том, что в его основе лежит нелинейная динамическая модель, содержащая параметрические и функциональные неопределенности (статические характеристики), которые подавляются при помощи алгоритма адаптивного управления с единственным настраиваемым параметром. Алгоритм представляет собой пропорциональный закон управления с настраиваемым коэффициентом обратной связи и обеспечивает экспоненциальное стремление ошибки управления к окрестности нулевого положения равновесия. Показано, что радиус окрестности может быть уменьшен произвольным образом за счет изменения параметров регулятора. Основные результаты. В целях синтеза закона управления и моделирования замкнутой системы синтезирована динамическая нелинейная модель крутящего момента. Параметры и статические функции модели проидентифицированы с помощью данных, полученных в ходе FTP-теста (Federal Test Procedure, USA) автомобиля Chevrolet Tahoe с восьмицилиндровым двигателем объемом 5,7 л. Построен алгоритм адаптивного управления моментом, с помощью метода функций Ляпунова проанализированы свойства замкнутой системы. Для проверки работоспособности системы управления проведено моделирование в среде MATLAB/Simulink. Из результатов моделирования видно, что при существенном изменении скорости вращения двигателя регулятор обеспечивает ограниченность всех сигналов и стремление ошибки к ограниченной окрестности нулевого положения равновесия. Радиус окрестности существенно ниже допустимой ошибки управления 20 Н·м, что дает основания для дальнейшей практической реализации полученного алгоритма. Практическая значимость. Предложенный алгоритм управления рекомендуется к использованию в практической задаче управления моментом инжекторных и других видов двигателей внутреннего сгорания.


Ключевые слова: адаптивное управление, нелинейная система, инжекторный двигатель, крутящий момент двигателя.

Благодарности. Работа выполнена при государственной финансовой поддержке ведущих университетов Российской Федерации (субсидия 074-U01) и поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации (проект 14.Z50.31.0031)

Список литературы
1. Двигатели внутреннего сгорания. Кн. 1. Теория рабочих процессов / Под ред. В.Н. Луканина, М.Г. Шатрова. М.: Высшая школа, 2005. 479 с.
2. Герасимов Д.Н., Джавахериан Х., Ефимов Д.В., Никифоров В.О. Инжекторный двигатель как объект управления: I. Схема двигателя и синтез математической модели // Известия РАН. Теория и системы управления. 2010. № 5. С. 135–147.
3. Stefanopoulou A.G., Grizzle J.W., Freudenberg J.S. Engine air-fuel ratio and torque control using secondary throttles // Proc. of IEEE Conf. on Decision and Control. 1994. V. 3. P. 2748–2753.
4. Jankovic M., Frischmuth F., Stefanopoulou A., Cook J.A. Torque management of engines with variable cam timing // IEEE Control Systems Magazine. 1998. V.18. N 5. P. 34–42. doi: 10.1109/37.722251
5. Jankovic M., Magner M., Hsieh S., Koncsol J. Transient effects and torque control of engines with variable cam timing // Proceedings of the American Control Conference. 2000. V. 1. P. 50–54.
6. Karnik A.Y., Buckland J.H., Freudenberg J.S. Electronic throttle and wastegate control for turbocharged gasoline engines // Proceedings of the American Control Conference. 2005. V. 7. P. 4434–4439.
7. Ali A., Blath J.P. Nonlinear torque control of a spark-ignited engine // Proceedings of the American Control Conference. 2006. P. 3266–3271.
8. Ali A., Blath J.P. Application of modern techniques to SI-engine torque control // Proc. of the IEEE International Conf. on Control Applications. Munich, Germany, 2006. P. 2405–2410. doi: 10.1109/CACSD-CCAISIC. 2006.4777017
9. Hong M., Ouyang M., Shen T., Li J. Model-based PI feedback control of engine torque // IEEE International Conference on Control and Automation. Xiamen, China, 2010. P. 12–15. doi: 10.1109/ICCA.2010.5524184
10. Kolmanovsky I.V., Druzhinina M., Sun J. Speed-gradient approach to torque and air-to-fuel ratio control in DISC engines // IEEE Transactions on Control Systems Technology. 2002. V. 10. N 5. P. 671–678. doi:
10.1109/TCST.2002.801803
11. Hong M., Shen T., Ouyang M. Nonlinear observer-based torque control for SI engine // Proc. ICROS-SICE International Joint Conference. Fukuoka, Japan, 2009. P. 4114–4119.
12. Vermillion C., Butts K., Reidy K. Model predictive engine torque control with real-time driver-in-the-loop simulation results // Proceedings of the 2010 American Control Conference. Baltimore, USA, 2010. P.1459– 1464.
13. Sakai Y., Kanai M., Yamakita M. Torque demand control by nonlinear MPC with constraints for vehicles with variable valve lift engine // Proceedings of the IEEE International Conference on Control Applications. Yokohama, Japan, 2010. P. 1642–1647. doi: 10.1109/CCA.2010.5611240
14. Javaherian H., Liu D., Kovalenko O. Automotive engine torque and air-fuel ratio control using dual heuristic dynamic programming // IEEE International Conference on Neural Networks. Vankuver, Canada, 2006. Art. 1716137. P. 518–525.
15. Zweiri Y.H., Seneviratne L.D. Diesel engine indicated torque estimation based on artificial neural networks // Proc. IEEE/ACS Int. Conf. on Computer Systems and Application (AICCSA 2007). Amman, Jordan, 2007. Art. 4231051. P. 791–798. doi: 10.1109/AICCSA.2007.370723
16. Huang K., Wang S., Jin Z., Jiang D. Feedforward method of engine torque estimation // IEEE International Conference on Vehicular Electronics and Safety (ICVES). Shanghai, China, 2006. P. 246–249. doi: 10.1109/ICVES.2006.371592
17. Nagata T., Tomizuka M. Robust engine torque control by iterative learning control // Proceedings of the American Control Conference. 2009. P. 2064–2069. doi: 10.1109/ACC.2009.5159841
18. Колюбин С.А., Ефимов Д.В., Никифоров В.О., Бобцов А.А. Двухканальное адаптивное гибридное управление соотношением воздух-топливо и крутящим моментом автомобильных двигателей // Автоматика и телемеханика. 2012. № 11. С. 42–59.
19. Герасимов Д.Н., Колюбин С.А., Никифоров В.О Адаптивное управление соотношением воздух- топливо и крутящим моментом в инжекторных двигателях внутреннего сгорания // Научно-технический вестник СПбГУ ИТМО. 2009. № 1 (59). С. 14–21.
20. Герасимов Д.Н., Джавахериан Х., Ефимов Д.В., Никифоров В.О. Инжекторный двигатель как объект управления. Часть II: Задачи автоматического управления двигателем // Известия РАН. Теория и сис- темы управления. 2010. № 6. С. 170–181.
21. Герасимов Д.Н., Никифоров В.О. Адаптивное управление крутящим моментом в инжекторных двига- телях внутреннего сгорания // Мехатроника, автоматизация, управление. 2013. № 3. С. 47–55.
22. Герасимов Д.Н., Никифоров В.О., Парамонов А.В., Серов Д.С. Адаптивное управление крутящим моментом в инжекторных двигателях с переменными фазами газораспределения // Изв. вузов. Прибо- ростроение. 2014. Т. 57. № 12. С. 28–33.
23. Никифоров В.О., Герасимов Д.H. Адаптивный регулятор стабилизации простой структуры // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2012. № 5 (81). С. 48–52.
24. Gerasimov D.N., Nikiforov V.O. Simple adaptive output control of linear systems // Proc. IEEE Int. Conf. on Intelligent Control (ISIC 2014). Juan Les Pins, France, 2014. P. 566–571. doi: 10.1109/ISIC.2014.6967606
25. Ginoux S., Champoussin J. Engine torque determination by crankangle measurements: state of the art, future prospects // SAE Technical Paper. 1997. Report 970532. doi: 10.4271/970532
26. Park S., Sunwoo M. Torque estimation of spark ignition engines via cylinder pressure measurement // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part D: Journal of Automobile Engineering. 2003. V. 217. N 9. P. 809−817.


Creative Commons License

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License
Информация 2001-2019 ©
Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики.
Все права защищены.

Яндекс.Метрика