Haszongépjármű fékrendszer intelligens vezérlése
Németh Huba KnorrKnorr-Bremse Kutatá Kutatási és Fejleszté Fejlesztési Központ, Budapest 2004. November 17. 17.
© Knorr-Bremse
19.11.2004
Huba Németh
1
Tartalom Tartalom
• • • • • •
© Knorr-Bremse
Motiváció és célkitűzés Az elektro-pneumatikus haszonjármű fékrendszer A mechatronikus védőszelep dinamikus matematikai modellje Az egyszerűsített modell ismeretlen paramétereinek becslése Nemlineáris nyomáskorlátozó szabályozó tervezése Összefoglalás
19.11.2004
Huba Németh
2
Motiv áció éés s ccélkitűzés élkitűzés Motiváció Új követelmények
•
Növekednek az elektronikus levegő-előkészítő rendszerek által megvalósítandó szabályozási követelmények (Körfeltöltés üzemállapot függő befolyásolása, defekt teljes izolációja)
•
Költség- és méret csökkentés (mechanikus nyomáskorlátozó elhagyási lehetősége)
Következmény
•
Védőszelep kiegészítése mágnesszeleppel
A kutatás célja
•
© Knorr-Bremse
Egy mágnesszeleppel kiegészített védőszelep esetén egy nyomáskorlátozó szabályozási célt megvalósító szabályzó kialakítási lehetőségeinek megvizsgálása és egy lehetséges szabályozó megtervezése
19.11.2004
Huba Németh
3
AAssűrített űrített leveg ő ell átása levegő ellátása Jelen
Jövő Kompresszor Kompresszor
Cső-spirál
Cső-spirál
Nyomásszabályzó
Légszárító
Elektronikus levegőelőkészítő rendszer
Többkörös védőszelep © Knorr-Bremse
19.11.2004
Huba Németh
4
Az -pneumatikus haszonj ármű ffékrendszer ékrendszer Az elektro elektro-pneumatikus haszonjármű Elektronikus levegőelőkészítő rendszer
© Knorr-Bremse
19.11.2004
Huba Németh
5
Az ő-előkészítő rendszer Az elektromos elektromos leveg levegő-előkészítő rendszer Mechatronikus Vezérlőegység S CAN Diagnostic line Terminal 15/30/31 Ignition/Permanent/Ground
EAC-ECU
P
M
Y
M
Y
M
Y
Y
Egykörös védőszelep
M
F
12
E
1
Légszárító
M
C
B
D
Szelepház
G
K
J
I
A
L
H T N
27
3
Bemeneti kamra
25
21
22
23 23.1
24
Zajcsökkentő
Kimeneti kamra © Knorr-Bremse
19.11.2004
Huba Németh
6
AAmechatronikus édőszelep éés s kkörnyezete örnyezete mechatronikus vvédőszelep
© Knorr-Bremse
19.11.2004
Huba Németh
7
AAmodell áltozói modell vváltozói •
Állapot vektor
•
Zavarás vektor
•
Bemeneti vektor
•
Mért kimeneti vektor
•
Teljesítmény kimeneti vektor
© Knorr-Bremse
19.11.2004
Huba Németh
8
AAmodell llapot egyenlete modell áállapot egyenlete
•
© Knorr-Bremse
Nemlineáris input affin egyenlet
19.11.2004
Huba Németh
9
AAmodell llapot egyenlete modell áállapot egyenlete •
© Knorr-Bremse
Állapot koordináta függvények
19.11.2004
Huba Németh
10
AAmodell modell kimeneti kimeneti egyenlete egyenlete •
© Knorr-Bremse
Nemlineáris állapot affin egyenlet
19.11.2004
Huba Németh
11
Az étereinek becsl ése Az modell modell ismeretlen ismeretlendinamikus dinamikusparam paramétereinek becslése Ismeretlen modellparaméterek
•
Kontrakciós tényezők, tekercs mágneses- és elektromos ellenállása (időfüggés)
Mérések
•
Egységugrás bemenetre adott válaszfüggvények
Becslési modell
•
Paramétereiben nemlineáris
Becslés módszere
•
© Knorr-Bremse
19.11.2004
L2 normán alapuló általános paraméter becslési eljárás megoldása simplex direkt kereséses módszerrel (Nelder-Mead)
Huba Németh
12
AAm éréshez felhaszn ált kkörnyezet örnyezet méréshez felhasznált
•
© Knorr-Bremse
Az identifikációs mérésekhez felhasznált mérőrendszer
19.11.2004
Huba Németh
13
AAparam éter becsl és eredm énye paraméter becslés eredménye
•
© Knorr-Bremse
Példa a mért és szimulált rendszerválaszra (2. Teszt)
19.11.2004
Huba Németh
14
AAbecsl és vizsg álata becslés vizsgálata
© Knorr-Bremse
•
Becslési hiba vizsgálata a paraméterek függvényében
•
Konfidencia intervallum vizsgálata (95%)
19.11.2004
Huba Németh
15
Szab ályozás ccélja, élja, korl átozások Szabályozás korlátozások Szabályozási célok
•
A kimeneti kamra nyomásának korlátozása a beállított 950 kPa értékhez képest maximum 50 kPa túllendüléssel
•
A kimeneti kamarából történő fogyasztás hatására létrejövő nyomáscsökkenés legyen minimális (tranziens alatt p2> 600 kPa, tranziens után p2> 850 kPa )
• • •
A működtetésből adódó kapcsolások száma legyen minimális (<6/tranziens) A maradó hiba legyen érzéketlen a modell paramétereinek megváltozásával szemben A zárt kör legyen stabil
Bementi jelre vonatkozó korlátozások
•
Kétállapotú bementi jel (kapcsoló üzemű végfokozat), input operátor: működtetési idő
Feltételezések (kauzalitás érdekében)
• • © Knorr-Bremse
A kimeneti kamrában fellépő fogyasztás időben állandó értékű A levegőfogyasztás hossza állandó– 200 ms
19.11.2004
Huba Németh
16
AAnemline áris szab ályozó tervez ése nemlineáris szabályozó tervezése
•
Nemlineáris bang-bang szabályzó
-
© Knorr-Bremse
19.11.2004
Zavarás megfigyelő Fix program-táblájú zavarás-előrecsatolás Modell prediktív visszacsatolás
Huba Németh
17
AAzavar ás megfigyel ése zavarás megfigyelése Az alkalmazás oka
•
A fő zavaró jel (légfogyasztás - σS) értéke nem mérhető, csak a jelenléte ismert (λS)
A megfigyelés eljárása
© Knorr-Bremse
•
A fogyasztás egyszerűen becsülhető a védőszelep zárt állapota mellett (f4 koordináta-függvény alapján)
•
A légfogyasztás arányos ekkor a kamra nyomásának deriváltjával (f1 koordinátafüggvény alapján)
19.11.2004
Huba Németh
18
AAzavar ás-előrecsatoló modul ése zavarás-előrecsatoló modultervez tervezése Optimalizációs probléma megfogalmazása
• • • • • © Knorr-Bremse
S és a hangolható paraméterek Keresendő a beavatkozó jel előre definiált időintervallumra (300 ms) A fenti intervallum fix osztású (10, ill. 20 intervallum, azaz 30 és 15 ms osztás) Diszkrét optimalizációs feladat (kétállapotú bemenet) Optimalizálás módszere: szimplex direkt keresés algoritmusa
19.11.2004
Huba Németh
19
AAmodell ív visszacsatol ó modul ése modell predikt prediktív visszacsatoló modul tervez tervezése Optimalizációs probléma megfogalmazása
© Knorr-Bremse
• •
Robusztusságot biztosító tag
•
Optimalizálás módszere: aranymetszet keresés és parabolikus interpoláció
Keresendő a rendszer bemenete a maradó hiba csökkentésére, robusztusság növelésére
19.11.2004
Huba Németh
20
AAzzárt árt kkör ör szimul ációs eredm ényei szimulációs eredményei
© Knorr-Bremse
19.11.2004
Huba Németh
21
AAzzárt árt kkör ör szimul ációs eredm ényei szimulációs eredményei Vizsgált minőségi jellemzők
• • • • •
© Knorr-Bremse
(F1) A teljesítménykimenet maximális értéke a tranziens során (F2) A teljesítménykimenet minimális értéke a tranziens során (F3) A teljesítménykimenet maradó hibája a tranziens után (F4) A mágnesszelep kapcsolásainak száma (F5) Stabilitás
19.11.2004
Huba Németh
22
Ö sszefoglalás Összefoglalás
• • • •
Fékkör nyomásának korlátozása mechatronikus védőszelep segítségével Ezáltal költségek csökkentése Elkészült a rendszer dinamikus modellje, amelynek ismeretlen paraméterei mérések segítségével kerültek meghatározásra A nyomáskorlátozáshoz egy bang-bang szabálozó struktúra került felhasználásra, amely a következő részekből épül fel
•
© Knorr-Bremse
Zavarás megfigyelő modul Fix programú zavaráselőrecsatoló modul Modellprediktív visszacsatoló modul
A fenti szabályozó teljesíti az előírt szabályozási célokat
19.11.2004
Huba Németh
23
KKöszönöm öszönöm aa figyelmet. figyelmet.
© Knorr-Bremse
19.11.2004
Huba Németh
24
