Введение к работе
Актуальность проблемы. Выполнение современных и перспективных норм на выбросы токсичных веществ, обеспечение высоких потребительских и эксплуатационных характеристик автомобиля невозможно без использования многопараметрического управления рабочими процессами двигателя и применения микропроцессорных систем управления (МСУ). В то же время отработка и настройка таких систем очень сложны и трудоемки. Это объясняет актуальность задач, направленных на создание автоматизированной технологии быстрого выбора связанного многопараметрического управления работой автомобильных двигателей. Важность решения таких задач усугубляется тем, что отечественная промышленность, пока выпускающая двигатели с ограниченным числом управляющих воздействий, вплотную подошла к введению многопараметрического управления и отсутствие соответствующей технологии начинает сдерживать развитие отрасли.
Цель работы. Исследовать способы выбора законов оптимального управления многопараметрическими объектами на установившихся и динамических режимах и выработать подходы, позволяющие снизить трудоемкость и длительность калибровки управляющих воздействий при получении результата экспериментальными методами. Апробировать предложенные подходы на моделях и в условиях эксперимента. Разработать технологию быстрой экспериментальной калибровки МСУ ДВС.
Методы исследования. В ходе разработки технологии выбора базовых калибровок МСУ ДВС были проведены расчетные исследования:
а) эффективности математических методов быстрого поиска при решении
задач оптимизации управлений МСУ ДВС (выполнялись с использованием 6-
параметрической модели объекта);
б) погрешностей прогнозирования показателей ездового цикла (ЕЦ) при
использовании альтернативных способов определения показателей ДВС по
данным для ограниченного числа опорных режимов.
В процессе отработки методики идентификации параметров модели переходного процесса были выполнены расчетные исследования с использованием модели топливной пленки. Затем в лаборатории ООО «Hi 111 ЭЛКАР» на моторных стендах была проведена серия экспериментов для исследования и подтверждения эффективности предложенных подходов.
2 Научная новизна.
1. Предложена технология калибровки базовых матриц
микропроцессорных систем управления ДВС, в ходе разработки которой
найдены решения и получены результаты, представляющие научный интерес. К
ним относятся:
Методика определения связанного управления двигателем на заданном нагрузочно-скоростном режиме (методика локальной калибровки).
Результаты исследования эффективности математических методов оптимизации при решении задач с шестью варьируемыми переменными, а также способов ускорения вариационного поиска.
Результаты анализа погрешностей, возникающих при прогнозировании показателей ЕЦ по экспериментальным данным для ограниченного числа опорных режимов работы двигателя.
2. Разработана методика, позволяющая экспериментально выполнить
идентификацию параметров модели переходного процесса.
Практическая ценность работы.
1. Разработанные технологии позволяют экспериментально, с высокой
точностью определять оптимальные калибровки МСУ ДВС на установившихся
режимах (при решении задач с шестью и менее управляющими воздействиями)
и в переходных процессах (для случая динамической коррекции подачи
топлива при резком открытии дроссельной заслонки).
2. Найденные решения обеспечивают существенное сокращение
трудоемкости работ и позволяют автоматизировать процесс калибровки систем
управления ДВС.
3. Реализация разработанного логического и математического аппаратов
предполагает построение технологий, которые помимо непосредственного
выполнения калибровки могут быть использованы при:
совершенствовании (адаптации) микропроцессорных СУ;
доводке рабочих процессов двигателя;
изучении эффективности антитоксичных устройств;
сравнительном анализе показателей автомобилей;
исследовании потерь в экономичности в зависимости от допустимого уръвня выбрасываемых за ЕЦ вредных веществ.
Реализация работы. Разработанная технология определения связанного многопараметрического управления МСУ ДВС прошла апробацию в лаборатории ООО «НПП ЭЛКАР». По ее результатам было принято решение об использовании предлагаемой интеллектуальной технологии в процессе отработки перспективной микропроцессорной системы управления для двигателей АО «АВТОВАЗ», а также при разработке автоматизированной процедуры испытаний (калибровки) и отладке микропроцессорных систем управления ДВС.
6-параметрическая модель двигателя, разработанная с целью проверки эффективности предлагаемых алгоритмов и отладки технологии калибровки базовых матриц МСУ ДВС, была внедрена в учебный процесс кафедры "Теплотехника и автотракторные двигатели" МАДИ (ГТУ). Основные положения, выносимые на защиту.
Технология калибровки 6-параметрической системы управления ДВС с учетом интегральных требований ЕЦ.
Результаты применения и исследования математических методов оптимизации при решении задач расчетного и экспериментального поиска калибровок МСУ ДВС.
Альтернативные способы прогнозирования показателей автомобиля при выполнении ЕЦ по данным для ограниченного числа опорных режимов работы ДВС.
Методика идентификации параметров модели переходного процесса для обеспечения динамической коррекции управления ДВС.
Личный вклад автора.
Проведен анализ различных технологий определения связанных управляющих воздействий при разработке МСУ ДВС. Обоснована необходимость декомпозиции оптимизационной задачи и структура ее решения.
Разработан аппарат для прогнозирования показателей автомобиля при выполнении ездового цикла с использованием аппроксимации регулировок и показателей, полученных при работе двигателя на опорных режимах. Исследованы методы аппроксимации поверхностей управления и показателей, оценены возможные погрешности и даны рекомендации по их устранению.
С использованием подмоделей, ранее разработанных на кафедре "Теплотехника и автотракторные двигатели" МАДИ (ГТУ), построена модель
4 двигателя с шестью управляемыми параметрами.
4. С использованием модели исследована эффективность метода
непрямой оптимизации на основе самоорганизации (МНСО), разработанного в
ВВИА им. Н.Е. Жуковского, на задаче экспериментальной оптимизации
двигателя с шестью управляющими воздействиями. Под руководством д.т.н.
Г.В. Кретинина, одного из авторов МНСО, разработаны и исследованы
модифицированные процедуры, обеспечивающие ускорение
экспериментального поиска.
5. Разработана и экспериментально проверена возможность
использования МНСО для определения 6-ти настроечных параметров модели
переходного процесса, необходимой для динамической коррекции подачи
топлива при резком открытии дроссельной заслонки.
6. Выполнены эксперименты для получения исходных данных,
необходимых для моделирования, и проведена экспериментальная проверка
рекомендаций, выработанных при моделировании.
Апробация работы. Основное содержание работы докладывалось на научно-техническом семинаре в МГТУ им. Н.Э. Баумана 26 января 2000 г., на 4-й Международной научно-технической конференции в МАДИ (ГТУ) 1-3 февраля 2000 г., на Международном научном симпозиуме, посвященном 135-летию МГТУ «МАМИ», в МГТУ «МАМИ» 27-28 сентября 2000 г., на научно-техническом семинаре в МГТУ им. Н.Э. Баумана 31 января 2001 г., на XXXIX международной научно-технической конференции ААИ в МГТУ «МАМИ» 25-26 сентября 2002 г., на Международной научно-технической конференции в НГТУ 17-19 декабря 2003 г., на 2-й Всероссийской научной конференции в ИЛУ РАН 25-26 мая 2004 г., на Выставке научных достижений МАДИ в 2004 г.
Часть материалов диссертации была получена в рамках выполнения Межотраслевой программы сотрудничества Министерства образования РФ и АО «АВТОВАЗ» по направлению «Научно-инновационное сотрудничество», шифр темы 090Х-061-С5. Отчет по работе принят заказчиком.
Публикации. По теме диссертационной работы опубликованы 3 статьи и тезисы 3 докладов.
Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов и приложений, содержит 206 страниц машинописного текста, 42 рисунка, 30 таблиц. Библиография включает 101 наименование.
Похожие диссертации на Совершенствование технологии определения связанного многопараметрического управления двигателем внутреннего сгорания
