Modellprädiktive Regelung eines zweistufig aufgeladenen Dieselluftsystems mit AGR

Abstract

Die vorliegende Diplomarbeit behandelt die Regelung eines zweistufigen Dieselluftsystems mit Abgasrückführung. Das Dieselluftsystem weist einen hybriden Charakter auf. Daher musste eine Umschaltstrategie entworfen werden, welche einen Übergang zwischen den einzelnen Betriebsmodi ermöglicht. Für die Realisierung einer Folgeregelungsaufgabe wurde ein modellprädiktiver Regler entworfen, welcher neben Zustands- und Eingangsbeschränkungen auch die Umschaltung systematisch mitberücksichtigt. Um stationäre Regelfehler beseitigen zu können, wurden zusätzliche Integratoren verwendet. Der Regler, welcher auf der Volldiskretisierung des Optimierungsproblems beruht, wurde in Matlab/Simulink implementiert und an verschiedenen Modellen des Dieselluftsystems getestet. Dazu wurden einerseits unterschiedliche Testszenarien generiert und andererseits branchenübliche Tests nachsimuliert. Für die Umschaltung zwischen den Betriebsmodi wurde eine Strategie anhand physikalischer Überlegungen erarbeitet, welche einen möglichst glatten Übergang der Trajektorien gewährleistet. Schließlich konnte gezeigt werden, dass die modellprädiktive Folgeregelung für das hybride Gesamtsystem, des zweistufigen Dieselluftsystems mit Abgasrückführung gut geeignet ist.<br />

This thesis deals with the control of a two-stage turbocharged diesel air system with exhaust gas recirculation. Because the diesel air system exhibits a hybrid character, a switching strategy was designed which allows a transition between the operational modes. The tracking control problem is solved by means of a model predictive control strategy, which systematically allows for state and input constraints as well as switching between operational modes. Additional integrators were used for eliminating stationary control errors. The controller, which is based on full discretization of the optimization problem, was implemented in Matlab/Simulink and tested on various simulation models of the system. Several test scenarios as well as industry-standard tests were analyzed. For the switching condition, a physically motivated strategy was realized which ensures a smooth transition between the operational modes. This work demonstrates that model predictive control is well suited for the hybrid system, i.e., a two-stage diesel air system with exhaust gas recirculation.<br />