Эта тема описывает дизайн экспериментов для одноэтапного исследования бензина. Для просмотра высокоуровневого рабочего процесса см. раздел Обзор примеров использования бензина.
Вы используете дизайн эксперимента для эффективного сбора данных механизма. Время тестирования (на династической ячейке или, как в данном случае, с использованием моделирования высокой точности) является дорогостоящим, и экономия времени и денег может быть значительной, когда тщательная экспериментальная разработка требует только наиболее полезных данных. Значительное сокращение времени испытаний становится все более важным по мере роста числа регулируемых переменных в более сложных двигателях. С увеличением сложности двигателя время испытания увеличивается экспоненциально.
Первым этапом решения этой проблемы калибровки является определение границ возможных настроек системы. Необходимо создать энергетическую оболочку, чтобы ограничить точки проектирования. Для этого данные собирали с использованием моделирования по всему диапазону скорости и крутящего момента. Первоначальная съемка определила границы, которые дают:
Приемлемая температура выхлопа (не слишком высокая для сжигания коронки поршня)
Достижимое производство крутящего момента
Приемлемая BSFC (не слишком высокая)
Избегает стука
Оболочка должна включать область холостого хода с низким крутящим моментом и частотой вращения, где кулачки должны быть припаркованы. В конструкции холостого хода время кулачка устанавливается равным нулю.
Исходные данные по проектированию и испытаниям позволяют получить информацию об условиях эксплуатации двигателя. Эта информация использовалась для создания ограничений для окончательной конструкции, для сбора подробных данных о поведении двигателя в этих границах. Затем эти данные можно использовать для создания моделей отклика для всех необходимых ответов, чтобы создать оптимальную калибровку для этого двигателя.
В окончательной конструкции использовалось 238 точек для этого двигателя с 4 входами: скорость, нагрузка, впускной и выпускной кулачок. Чтобы просмотреть ограничения, определяющие операционную оболочку, выполните следующие действия.
Вы можете использовать заполняющий пространство дизайн, чтобы максимально быстро охватить диапазоны факторов, чтобы понять операционную оболочку.
Для создания конструкции необходимо сначала указать входные данные модели. Откройте файл примера, чтобы узнать, как определить план тестирования.
Откройте файл MATLAB ®. На вкладке Приложения (Apps) в группе Автомобильный (Automotive) щелкните MBC Модель фитинга (MBC Model Fitting).
На главной странице браузера модели в списке «Примеры успеха» выберите бензиновый двигатель Dual CAM с оптимизированной во время тестирования искрой. Либо выберите «Файл» > «Открыть проект» и перейдите к файлу примера. gasolineOneStage.mat, найдено в matlab\toolbox\mbc\mbctraining.
Чтобы просмотреть, как определить входные данные проекта плана тестирования, в дереве «Все модели» щелкните верхний узел проекта. gasolineOneStage. На панели Общие задачи (Common Tasks) щелкните Эксперимент конструирования (Design experiment). В диалоговом окне New Test Plan (Новый план испытаний) просмотрите панель входных данных, на которой можно изменить количество входных данных модели и указать входные символы, сигналы и диапазоны. В этом примере проекта уже определены входные данные, поэтому нажмите кнопку «Отмена».
Щелкните первый узел плана тестирования в дереве «Все модели». gasolineOneStageDoE. Появится вид плана тестирования.
Проверьте входные данные, перечисленные на схеме плана испытаний. Дважды щелкните блок «Входные данные» для просмотра диапазонов и имен (символов) переменных в диалоговом окне «Настройка входного коэффициента». Расчетными входами являются крутящий момент, скорость, впускной кулачок и выпускной кулачок. Испытательный стенд динамометра имеет скорость/крутящий момент, и поэтому конструкция имеет скорость/крутящий момент.
Закройте диалоговое окно, нажав кнопку Отмена.
После настройки входных данных можно создавать проекты. На панели Общие задачи (Common Tasks) щелкните Эксперимент конструирования (Design experiment).
Откроется Редактор конструкции (Design Editor). Здесь можно увидеть, как строятся эти проекты.
Щелкните первую конструкцию в дереве, gasolineOneStageIdle. Если Вы не видите 2D сюжета, выберите Представление> Текущее представление> 2D Проектирование Дизайна. Затем последовательно выберите каждую конструкцию в дереве.
Первый дизайн в дереве, gasolineOneStageIdleконцентрирует точки на холостом ходу с запаркованными кулачками. Для максимального покрытия используется тип конструкции с заполнением пространства Sobol Sequence. Для парковки кулачков после создания пространственно-заполняющей конструкции холостой области положения фазера кулачка устанавливаются в положение парковки (0,0).
Вторая конструкция, gasolineOneStageNonIdle, является еще одной конструкцией заполнения пространства Sobol Sequence для охвата рабочей оболочки двигателя, не работающего на холостом ходу.
Окончательный дизайн называется gasolineOneStageMerged потому что он содержит две другие объединенные конструкции для покрытия всей оболочки.
Чтобы увидеть, как настраиваются зависимости, выберите меню «Редактирование» > «Зависимости».
В диалоговом окне Диспетчер зависимостей (Constraints Manager) выберите по очереди каждое ограничение крутящего момента и нажмите кнопку Править (Edit). Соблюдайте ограничения максимального и минимального крутящего момента, определяющие верхнюю и нижнюю границы возможной рабочей оболочки. Эти ограничения были разработаны до этой конструкции при первоначальном испытании двигателя с широко открытым дросселем и двигателем с закрытым дросселем.
Обратите внимание, что можно определить области для исключения, перетаскивая точки, вводя данные в поля редактирования или используя вкладку «Редактор таблиц».
Чтобы оставить ограничение без изменений, нажмите кнопку Отмена (Cancel).
Наблюдать за Properties выбранных gasolineOneStageMerged конструирование под деревом с перечислением 2 зависимостей и 238 точек.
Чтобы поэкспериментировать с новым дизайном и избежать редактирования предыдущих конструкций, выберите корень Designs и выберите «Файл» > «Создать конструкцию».
Добавьте зависимости, выбрав меню «Редактирование» > «Зависимости». В диалоговом окне «Диспетчер зависимостей» нажмите «Импорт». Выберите ограничения максимального и минимального крутящего момента из объединенной конструкции и нажмите кнопку «ОК». В следующих диалоговых окнах нажмите кнопку «ОК», чтобы вернуться в редактор проектирования.
Для получения сведений о создании аналогичного проекта заполнения помещений с ограничениями выберите «Проектирование» > «Заполнение помещений» > «Обозреватель проектов» или нажмите кнопку панели инструментов проектирования заполнения помещений.
В обозревателе проекта «Пространство-Заполнение» обратите внимание на тип проекта: Sobol Sequenceи укажите число точек. Просмотр предварительного просмотра конструктивных точек. Нажмите кнопку ОК.
Щелкнуть gasolineOneStageMerged. Этот стиль проектирования: Custom поскольку точки скруглены с помощью команды «Редактирование» > «Коэффициент скругления». Можно также сортировать точки проектирования, чтобы упростить сбор данных на экране. Чтобы сохранить последовательность заполнения помещений в случае, если требуется добавить дополнительные точки позже, можно скопировать конструкцию перед округлением или сортировкой.
gasolineOneStageMerged является окончательной конструкцией, используемой для сбора данных. Для упрощения сбора данных точки округляются следующим образом:
Тайминг впускного и выпускного кулачков округлен до 1 градуса (2% диапазона)
Скорость округляется до 50 об/мин (1% диапазона)
Крутящий момент округляется до 5 Нм (3% диапазона)
Для перехода к сбору данных можно экспортировать проекты или копировать и вставлять точки проектирования в другие файлы.
Закройте Редактор проектирования.
Финал gasolineOneStageMerged конструкция использовалась для сбора данных из модели GT-Power с тестовым жгутом Simulink ® и Simscape™. Пример файла проекта браузера моделиgasolineOneStage.mat в mbctraining содержит эти данные, импортированные в браузер модели после сбора данных.
Панель инструментов предоставляет данные в проектах для изучения этого примера калибровки.
MathWorks ® собирал данные с помощью инструментов моделирования. Контрольные и имитационные модели были построены с использованием тестового жгута Simulink и Stateflow ®. Ограниченные экспериментальные проекты были построены с использованием Toolbox™ калибровки на основе модели. Точки, указанные в проекте, измерялись с помощью инструмента моделирования двигателя GT-Power компании Gamma Technologies (см. https://www.gtisoft.com). Калибруемый двигатель представляет собой турбированный двигатель с прямым впрыском 1.5L искровым зажиганием с двойными кулачковыми фазерами и турбонаддувом. Эта модель является частью библиотеки движков GT-POWER компании Gamma Technologies.
Чтобы собрать данные, Simulink и Stateflow управляли моделью двигателя GT-Power до нужных точек конструирования экспериментов.
Примечание
Время моделирования было сокращено с дней до минут с помощью Parallel Computing Toolbox™.
Это моделирование точек проектирования 238 заняло 20 минут, чтобы параллельно работать на нескольких машинах в облаке. Работа на одном ядре, то же моделирование занимает 3 дня. Parallel Computing Toolbox распространил работу на 225 ядер в кластере облачных вычислений и показал, что эта проблема линейно масштабируется при добавлении работников.
Данные были использованы на следующем этапе калибровки на основе моделей для создания статистических моделей.
Следующие шаги см. в разделе Эмпирическое моделирование движка.