مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

کنترل‌ غیرخطی مسیر هوای موتور دیزل پرخوران‌شده با استفاده از بهینه‌سازی

نویسندگان
1 فارق التحصیل کارشناسی ارشد دانشگاه صنعتی سهند
2 عضو هیات علمی دانشگاه صنعتی سهند تبریز
3 عضو هیات علمی دانشگاه صنعتی سهند
چکیده
در کار حاضر به‌ کنترل مسیر هوای موتور دیزل پرخوران‌شده توسط یک کنترل‌کننده‌ی غیر‌خطی مبتنی بر بهینه‌سازی پرداخته‌ می‌شود. بدین منظور نسبت هوا به سوخت و فشار چند راهه‌ی خروجی با محاسبه‌ی آهنگ جرمی گازهای پرخورانی و بازخورانی شده کنترل می‌گردند. کنترل نسبت هوا به سوخت که تأثیرگذار بر توان تولیدی موتور، مصرف سوخت و نشر آلاینده‌ها می‌باشد با محاسبه آهنگ جرمی هوا و با فرض معلوم بودن مسیر سوخت انجام می‌گیرد. برای مدل‌سازی و حصول معادلات دینامیکی مسیر هوا از روش مقدار متوسط به‌عنوان روشی مناسب با زمان محاسباتی کم، استفاده‌شده است. جریان جرمی هوا توسط قوانین کنترلی محاسبه‌شده و به‌وسیله پرخورانی و باز خورانی گازهای خروجی اعمال می‌گردد. در روش کنترلی پیشنهادی، ابتدا پاسخ غیرخطی سیستم توسط بسط تیلور پیش‌بینی‌شده و سپس قوانین کنترلی از طریق حداقل کردن اختلاف پاسخ مطلوب و پاسخ واقعی به دست می‌آید. برای بررسی و مقایسه عملکرد کنترل‌کننده‌ی بهینه‌ی پیشنهادی، یک کنترل‌کننده‌ی مدلغزشی نیز طراحی شده است. نتایج تحلیل‌ها و شبیه‌سازی نشان می‌دهد که آهنگ جرمی هوا و فشار چند راهه‌ی خروجی به مقادیر مطلوب، کاملاً نزدیک است و درنتیجه نسبت کلی هوا به سوخت به‌خوبی کنترل‌شده است. بدین ترتیب کنترل‌کننده‌ی طراحی‌شده می‌تواند با مصرف انرژی بهینه با موفقیت از عهده‌ی اثرات غیرخطی موجود در مدل دینامیکی موتور برآید.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Nonlinear Control of Air path in a Turbocharged Diesel Engine Using Optimization

نویسندگان English

Ahmad Assasi 1
Mehdi Mirzaei 2
Rahim Khoshbakhti Saray 3
چکیده English

In this paper, an optimization-based nonlinear control strategy is applied to air path control of a turbocharged diesel engine. For this aim, the air-fuel ratio (AFR) and the pressure of exhaust manifold are controlled by calculating the air mass flow rates of turbocharger and exhaust gas recirculation. Controlling AFR which affects engine power, fuel consumption and exhaust emissions, is carried out by calculating the air mass flow rate with the assumption of known fuel path. For air path modelling, the mean value model which is a suitable method with low computational time is used to achieve the air path equations. Air mass flow is calculated by the developed control laws and applied by the turbocharger and exhaust gas recirculation. In the proposed control method, the nonlinear system response is firstly predicted by Taylor series expansion and then the optimal control law is developed by minimizing the difference between the desired response and the actual response. To compare the performance of the proposed optimal controller, a sliding mode controller has been also designed. The simulation results show that the rate of air mass and the pressure of exhaust manifold are close to their desired values and consequently the AFR is well controlled. Therefore, the designed controller with optimal inputs can successfully cope with the nonlinearities existing in engine dynamics model.

کلیدواژه‌ها English

Compression ignition engine
Air fuel ratio
Air mass flow rate
nonlinear Control
Optimization
Prediction