Haszongépj. Németh. Huba. és s Fejlesztési Budapest. Kutatási. Knorr-Bremse November 17. Knorr-Bremse

Átírás

1 Haszongépj pjármű fékrendszer intelligens vezérl rlése Németh Huba Knorr-Bremse Kutatási és s Fejlesztési si Központ, Budapest November 17. Knorr-Bremse Huba Németh 1

2 Tartalom 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 Knorr-Bremse Huba Németh 2

3 Motiváció és s ccélkitűzés 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 Egy mágnesszeleppel kiegészített védőszelep esetén egy nyomáskorlátozó szabályozási célt megvalósító szabályzó kialakítási lehetőségeinek megvizsgálása és egy lehetséges szabályozó megtervezése Knorr-Bremse Huba Németh 3

4 A sűrített s levegő ellátása Jelen Jövő Kompresszor Kompresszor Cső-spirál Nyomásszabályzó Cső-spirál Légszárító Elektronikus levegőelőkészítő rendszer Többkörös védőszelep Knorr-Bremse Huba Németh 4

5 Az Az elektro-pneumatikus haszonjármű fékrendszer Elektronikus levegőelőkészítő rendszer Knorr-Bremse Huba Németh 5

6 Az Az elektromos levegő-előkészítő előkész rendszer Mechatronikus Vezérlőegység S CAN Diagnostic line Terminal 15/30/31 Ignition/Permanent/Ground B C EAC-ECU M Y M Y M Y M Y M Egykörös védőszelep P F 1 12 D E G Szelepház Légszárító A H I J T K L 27 N 3 Bemeneti kamra Zajcsökkentő Kimeneti kamra Knorr-Bremse Huba Németh 6

7 A mechatronikus védőszelep és s környezetek Knorr-Bremse Huba Németh 7

8 A modell vváltozói Állapot vektor Zavarás vektor Bemeneti vektor Mért kimeneti vektor Teljesítmény kimeneti vektor Knorr-Bremse Huba Németh 8

9 A modell állapot egyenlete Nemlineáris input affin egyenlet Knorr-Bremse Huba Németh 9

10 A modell állapot egyenlete Állapot koordináta függvények Knorr-Bremse Huba Németh 10

11 A modell kimeneti egyenlete Nemlineáris állapot affin egyenlet Knorr-Bremse Huba Németh 11

12 Az Az modell ismeretlen dinamikus paramétereinek becslése se Ismeretlen modellparaméterek Kontrakciós tényezők, tekercs mágneses- és elektromos ellenállása (időfüggés) Mérések Egységugrás bemenetre adott válaszfüggvények Becslési modell Paramétereiben nemlineáris Becslés módszere L 2 normán alapuló általános paraméter becslési eljárás megoldása simplex direkt kereséses módszerrel (Nelder-Mead) Knorr-Bremse Huba Németh 12

13 A méréshez m felhasznált lt környezetk Az identifikációs mérésekhez felhasznált mérőrendszer Knorr-Bremse Huba Németh 13

14 A paraméter becslés s eredménye Példa a mért és szimulált rendszerválaszra (2. Teszt) Knorr-Bremse Huba Németh 14

15 A becslés s vizsgálata Becslési hiba vizsgálata a paraméterek függvényében Konfidencia intervallum vizsgálata (95%) Knorr-Bremse Huba Németh 15

16 Szabályozás s célja, c 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 p 2 > 600 kpa, tranziens után p 2 > 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) A kimeneti kamrában fellépő fogyasztás időben állandó értékű A levegőfogyasztás hossza állandó 200 ms Knorr-Bremse Huba Németh 16

17 A nemlineáris szabályozó tervezése Nemlineáris bang-bang szabályzó - Zavarás megfigyelő - Fix program-táblájú zavarás-előrecsatolás - Modell prediktív visszacsatolás Knorr-Bremse Huba Németh 17

18 A zavarás s megfigyelése Az alkalmazás oka A fő zavaró jel (légfogyasztás -σ S )értéke nem mérhető, csak a jelenléte ismert (λ S ) A megfigyelés eljárása A fogyasztás egyszerűen becsülhető a védőszelep zárt állapota mellett (f 4 koordináta-függvény alapján) A légfogyasztás arányos ekkor a kamra nyomásának deriváltjával (f 1 koordinátafüggvény alapján) Knorr-Bremse Huba Németh 18

19 A zavarás-előrecsatoló recsatoló modul tervezése Optimalizációs probléma megfogalmazása 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 Knorr-Bremse Huba Németh 19

20 A modell prediktív visszacsatoló modul tervezése Optimalizációs probléma megfogalmazása Robusztusságot biztosító tag Keresendő a rendszer bemenete a maradó hiba csökkentésére, robusztusság növelésére Optimalizálás módszere: aranymetszet keresés és parabolikus interpoláció Knorr-Bremse Huba Németh 20

21 A zárt z kör k r szimulációs s eredményei Knorr-Bremse Huba Németh 21

22 A zárt z kör k r szimulációs s eredményei Vizsgált minőségi jellemzők (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 Knorr-Bremse Huba Németh 22

23 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 - Zavarás megfigyelő modul - Fix programú zavaráselőrecsatoló modul - Modellprediktív visszacsatoló modul A fenti szabályozó teljesíti az előírt szabályozási célokat Knorr-Bremse Huba Németh 23

24 Köszönöm m a figyelmet. Knorr-Bremse Huba Németh 24