بخشی از مقاله
چکیده
کنترل احتراق داخلی یکی از سخت ترین انواع کنترل است. صنایع تولید موتورها به دنبال کاهش مصرف سوخت و آلایندگی، بالا بردن قدرت و راندمان موتور می باشند. همچنین تولید خودرو رو به رشد است و دولت ها خواستار کاهش آلایندگی تولید شده توسط موتورها هستند. نسبت هوا به سوخت در موتورها و محدود کردن آن به یک عدد استاندارد در مهندسی کنترل احتراق، نسبت به بقیه ی پارامترهای موتور ضروری تر می باشد. یکی از بهترین روش ها برای کنترل موتور، شبیه سازی سیستم دینامیک موتور است.
این مقاله یک روش تجربی جهت توصیف رفتار دینامیکی سیستم موتور می باشد، به صورتی که پیچیدگی های غیر ضروری حذف شدند. در این مقاله ابتدا یک مجموعه شبیه سازی برای یک موتور احتراق جرقه ای انجام خواهیم داد که شامل تمام پارامترهای دینامیکی موتور می باشد.
نتایج حاصل از شبیه سازی، بسیار نزدیک به نتایج آزمایشگاهی می باشد. سپس برای کنترل نسبت هوا به سوخت در موتورهای احتراق جرقه ای یک کنترلر جدید را جهت کنترل مصرف سوخت و کاهش آلایندگی، مطرح می نماییم. پس از شبیه سازی، کنترل PI را جهت کنترل نسبت هوا به سوخت به کار می گیریم. در آخر، مقایسه نشان می دهد کنترلر مطرح شده در این مقاله - PI - ، بهتر از کنترلر های حال حاضر عمل می نماید. در واقع کنترل مطرح شده ما، انحراف بین نسبت هوا به سوخت را کم می کند به صورتی که خطای نسبت هوا به سوخت را به 20 درصد برسانیم.
-1مقدمه:
افزایش تعداد وسایل نقلیه باعث افزایش مصرف بیشتر منابع زیرزمینی تجدیدناپذیر می شود. همچنین باعث افزایش آلودگی های محیط زیست می گردد. استفاده از سوخت فسیلی توسط وسایل نقلیه باعث تولید گازهای سمی از قبیل هیدروکربن، اکسیدنیتروژن، دی اکسید کربن و ذرات معلق می گردد. کنترل موتور بحثی بسیار ضروری می باشد که با کنترل قسمت دینامیکی از سیستم موتور همانند هوا به سوخت، می توان به بهره وری راندمان و کاهش مصرف سوخت و آلایندگی رسید .[9] در نتیجه مهم است که نسبت هوا به سوخت را به یک مقدار مشخصی که معروف به مقدار استاکیومتری - 14/7 - 7 برای سوخت بنزین می باشد، برسانیم.
ما در این مقاله ابتدا یک مدل جدید دینامیکی موتور که شامل تمام زیر مدل های دینامیکی - از قبیل سرعت موتور، زمان پاشش سوخت، هوای ورودی، نسبت سوخت به هوا و . . . - باشد را تعریف خواهیم کرد و مدلمان را با انجام کار آزمایشگاهی معتبر میکنیم و سپس به توسعه یک مجموعه شبیه سازی، جهت مدل دینامیکی مطرح شده توسط نرم افزار شبیه سازی متلب خواهیم پرداخت و بعد از آن، طراحی، انتخاب و بهینه سازی کنترلر PI8، برای رسیدن به مناسب ترین نسبت هوا به سوخت توسط ابزارهای بهینه سازی نرم افزار متلب را انتخاب خواهیم کرد.
-2 پیشینه پژوهش و کنترلر ها:
-1-2پیشینه الگوهای شبیه سازی موتور
در اینجا به نقاط ورودی و خروجی الگو های شبیه سازی موتور که در گذشنه انجام شده می پردازیم که با توجه به صحبت آلایندگی خروجی نسبت هوا به سوخت پارامتر مهمی می باشد. با توجه به ورودی و خروجی مدل ها می توان در مورد ضعف و قوت مدل ها تحقیق کرد.
ساختار مدل سازی موتور توسط آلیپی و همکاران .[1] داراری 6 ورودی می باشد:
سرعت موتور - n - -زاویه دریچه گاز - - α -دمای هوای محیط - Te - -فشار هوای محیط - pe - -دمای منیفولد - Tm -
-زمان پاشش سوخت - Ti -
خروجی این مدل AFR می باشد در واقع از طریق طبقه بندی بخشهای ورودی از قبیل سرعت موتور، زاویه دریچه گاز، دمای هوای محیط، فشار هوای محیط، دمای منیفولد و زمان پاشش سوخت میتوان محاسبات و معادلات حاکم بر مدل سازی را طوری کد نویسی کرد که خروجی آن AFR و ورودی بر اساس زمان پاشش سوخت باشد.
ساختار مدل سازی موتور ارائه شده توسط وانگ نشان میدهد .[14]
ورودی و خروجی این مدل به صورت زیر است:
pi- فشار منیفولد
n- ، سرعت موتور
mf- ، دبی جریان سوخت در منیفولد ورودی
Ti- ، دمای هوای ورودی
mat- ، دبی جرمی هوا در دریچه گاز
map - ، جرم هوای درون سیلندر
پس از اعمال ورودی ها و معادلات حاکم، می توان AFR9 که همان خروجی می باشد را بدست اوریم.
در این مدل زاویه دریچه گاز به عنوان ورودی تعیین شده ولی از زیر بخش دینامیکی دریچه گاز و مدل سازی آن صرف نظر شده است. از فشار و درجه حرارت منیفولد و همچنین سرعت موتور استفاده شده است، ولی از گشتاور صرف نظر شده و زمان پاشش سوخت به عنوان ورودی تعیین نشده است.
تعدادی از موتورهای جرقه ای از مدل یون و همکاران استفاده کردند .[16] که ورودی های مدل آقای یون به شرح زیر است:
زاویه دریچه گاز - α -
زمان جرقه - - SA - میزان کردن جرقه -
