Haszongépj pjármű fékrendszer intelligens vezérl rlése Németh Huba Knorr-Bremse Kutatási és s Fejlesztési si Központ, Budapest 2004. November 17. Knorr-Bremse 19.11.2004 Huba Németh 1
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 19.11.2004 Huba Németh 2
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 19.11.2004 Huba Németh 3
A sűrített s levegő ellátása Jelen Jövő Kompresszor Kompresszor Cső-spirál Nyomásszabályzó Cső-spirál Légszárító Elektronikus levegőelőkészítő rendszer Többkörös védőszelep Knorr-Bremse 19.11.2004 Huba Németh 4
Az Az elektro-pneumatikus haszonjármű fékrendszer Elektronikus levegőelőkészítő rendszer Knorr-Bremse 19.11.2004 Huba Németh 5
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 25 21 22 23 23.1 24 Zajcsökkentő Kimeneti kamra Knorr-Bremse 19.11.2004 Huba Németh 6
A mechatronikus védőszelep és s környezetek Knorr-Bremse 19.11.2004 Huba Németh 7
A modell vváltozói Állapot vektor Zavarás vektor Bemeneti vektor Mért kimeneti vektor Teljesítmény kimeneti vektor Knorr-Bremse 19.11.2004 Huba Németh 8
A modell állapot egyenlete Nemlineáris input affin egyenlet Knorr-Bremse 19.11.2004 Huba Németh 9
A modell állapot egyenlete Állapot koordináta függvények Knorr-Bremse 19.11.2004 Huba Németh 10
A modell kimeneti egyenlete Nemlineáris állapot affin egyenlet Knorr-Bremse 19.11.2004 Huba Németh 11
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 19.11.2004 Huba Németh 12
A méréshez m felhasznált lt környezetk Az identifikációs mérésekhez felhasznált mérőrendszer Knorr-Bremse 19.11.2004 Huba Németh 13
A paraméter becslés s eredménye Példa a mért és szimulált rendszerválaszra (2. Teszt) Knorr-Bremse 19.11.2004 Huba Németh 14
A becslés s vizsgálata Becslési hiba vizsgálata a paraméterek függvényében Konfidencia intervallum vizsgálata (95%) Knorr-Bremse 19.11.2004 Huba Németh 15
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 19.11.2004 Huba Németh 16
A nemlineáris szabályozó tervezése Nemlineáris bang-bang szabályzó - Zavarás megfigyelő - Fix program-táblájú zavarás-előrecsatolás - Modell prediktív visszacsatolás Knorr-Bremse 19.11.2004 Huba Németh 17
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 19.11.2004 Huba Németh 18
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 19.11.2004 Huba Németh 19
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 19.11.2004 Huba Németh 20
A zárt z kör k r szimulációs s eredményei Knorr-Bremse 19.11.2004 Huba Németh 21
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 19.11.2004 Huba Németh 22
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 19.11.2004 Huba Németh 23
Köszönöm m a figyelmet. Knorr-Bremse 19.11.2004 Huba Németh 24