Entwicklung von Regelungsstrategien für ein Diesel Common-Rail-System mit 2 Stellaktoren

Abstract

Diese Arbeit befasst sich mit der Mehrgrößenregelung eines Diesel-CommonRail-Systems. Das betrachtete System besteht aus einer Radialkolbenpumpe, einer Zumesseinheit, welche den Massenstrom durch die Pumpe einstellt, einem hydraulischen Speicher, die sogenannte Rail und einem Druckregelventil, welches den Druck in der Rail begrenzt. Dieses System besitzt zwei Stelleingrößen nämlich die Ströme der Zumesseinheit und des Druckregelventils. Ziel der Regelung ist es, den Druck in der Rail einer vorgegebenen Trajektorie folgen zu lassen. Dazu wird am Anfang der Arbeit ein detailliertes mathematisches Modell vom Gesamtsystem erstellt. Darauf basierend wird ein vereinfachtes Mittelwertmodell hergeleitet. Für das System wird anschließend eine Regelungsstrategie entwickelt, bei der beide Steller gleichzeitig geregelt werden. Im Weiteren wird eine getrennte Verwendung der Stellgrößen untersucht, wobei zwischen den resultierenden Regelungsstrategien dynamisch umgeschaltet wird. Beide Regelungsstrategien basieren auf einer flachheitsbasierten Vorsteuerung mit PI-Regler zur Fehlerregelung. Weiters wird die Adaption gewisser Modellparameter untersucht. Im Abschluss wird die Regelung am detaillierten Modell verifiziert und die Robustheit des Systems gegenüber Parameterschwankungen anhand verschiedener Tests untersucht.

In this master thesis, a control strategy for a diesel common rail system is developed. This system is comprised of a radial piston pump, a fuel metering unit that adjusts the massflow into the pump, a hydraulic stage element called rail, and a pressure control valve to reduce the pressure in the rail if necessary. The aim of this work is to control the rail pressure using the fuel metering unit and the pressure control valve. First, a detailed model of all components is given and, based on this model, a simplified model is derived. Two different approaches to control this system are investigated: The first strategy aims at developing a combined controller for both actuators. In the second approach, two controllers, one for each control input are introduced together with a dynamic switching strategy. Both controllers comprise a flatness based feed-forward part and a PI- controller for the trajectory error system. Additionally, possibilities to adapt the system parameters are examined to improve the control performance. The control strategies are tested on the detailed model and the robustness of the control strategy with respect to parameter errors is analyzed in more detail.