Model-Based Throttle Control using Static Compensators and Pole Placement Commande des gaz basée sur un modèle utilisant des compensateurs statiques et un placement de pôles

Abstract

In modern spark ignited engines, the throttle is controlled by the Electronic Control Unit (ECU), which gives the ECU direct control of the air flow and thereby the engine torque. This puts high demands on the speed and accuracy of the controller that positions the throttle plate. The throttle control problem is complicated by two strong nonlinear effects, friction and limp-home torque. This paper proposes the use of two, simultaneously active, static compensators to counter these effects and approximately linearize the system. A PID controller is designed for the linearized system, where pole placement is applied to design the PD controller and a gain scheduled I-part is added for robustness against model errors. A systematic procedure for generating compensator and controller parameters from open loop experiments is also developed. The controller performance is evaluated both in simulation, on a throttle control benchmark problem, and experimentally. A robustness investigation pointed out that the limp-home position is an important parameter for the controller performance, this is emphasized by the deviations found in experiments. The proposed method for parameter identification achieves the desired accuracy. Au sein des moteurs à allumage commandé modernes, les gaz sont régulés par le boîtier de commande électronique (ECU; Electronic Control Unit), qui permet la régulation directe par l’ECU du flux d’air et ainsi du couple moteur. Cela conduit à des exigences élevées quant à la vitesse et à la précision du régulateur qui positionne le papillon des gaz. Le problème de commande des gaz est compliqué par deux forts effets non linéaires, le frottement et le couple de mode de secours (“limp-home”). Cet article propose l’utilisation de deux compensateurs statiques, actifs simultanément, pour contrer ces effets et linéariser approximativement le système. Un régulateur PID est conçu pour le système linéarisé, où un placement de pôles est appliqué pour concevoir le régulateur PD et une partie I à gains paramétrés est ajoutée pour la robustesse par rapport aux erreurs de modèle. Un mode opératoire systématique destiné à générer les paramètres du compensateur et du régulateur à partir d’expériences en boucle ouverte est également développé. Les performances du régulateur sont évaluées à la fois par simulation, sur un problème de référence de commande des gaz, et expérimentalement. Une étude de robustesse a montré que la position de mode de secours constitue un paramètre important pour les performances du régulateur, ceci étant souligné par les écarts trouvés au cours des expériences. La méthode proposée pour l’identification des paramètres atteint la précision désirée.