Точечное моделирование дизельного двигателя

В этом примере используются:

В этом примере показано, как использовать функции командной строки «Калибровка на основе модели» Toolbox™ для проектов точечного моделирования двигателя.

Дизельные двигатели с множественным впрыском и бензиновые двигатели с прямым впрыском часто могут моделироваться только с помощью точечных моделей. Модели «точка за точкой» можно использовать для построения модели в каждой рабочей точке двигателя с необходимой точностью для обеспечения оптимальной калибровки. Функция командной строки «точка за точкой» необходима для решения сложных задач разработки проектов для каждой операционной точки.

Почему необходимы точечные модели? Приводы двигателя и датчики постоянно добавляются в системы управления двигателем (EMS) в ответ на постоянно растущие выбросы двигателя, экономию топлива и требования к производительности. В некоторых случаях оптимальные процессы разработки калибровки двигателя, основанные на двухэтапном моделировании, могут быть больше не в состоянии моделировать характеристики двигателя с достаточной точностью по всему диапазону работы двигателя. Точечные модели могут обеспечить необходимую точность модели в измеренных рабочих точках. Однако точечные модели не дают оценочных ответов в других операционных точках.

В этом примере двухэтапные модели, созданные в примере дизельного двигателя, используются в качестве суррогата для динамометрического стенда двигателя или модели двигателя CAE, чтобы генерировать точечные данные для этого примера. В примере показано, как:

Создание локальных проектов в каждой рабочей точке. Если точек проектирования недостаточно, можно расширить локальную конструкцию с помощью последовательностей Соболя.
Создайте локальные несколько моделей для моделирования каждого отклика в каждой рабочей точке.
Создайте двухточечную модель границы для определения границы данных в каждой рабочей точке для последующего использования в оптимизации калибровки.

Наконец, необходимо визуально проверить установленные модели, чтобы убедиться, что качество модели приемлемо. Обычно необходимо определить и удалить отклонения. Можно использовать командную строку для печати диагностики и удаления отклонений, но проще использовать графические и статистические инструменты в браузере модели (mbcmodel), представленные на панели инструментов калибровки на основе модели.

Нагрузочные модели из дизельного проекта

В этом примере используются данные двигателя, созданные на основе моделей в примере дизельного топлива.

Входы: MAINSOI, SPEED, BASEFUELMASS, FUELPRESS, VGTPOS, EGRPOS

DieselProject = mbcmodel.LoadProject(...
    fullfile(mbcpath,'mbctraining','Diesel_project.mat'));
% Store the models in a structure for convenience
DieselResponses = DieselProject.Testplans.Responses;
Models.BTQ = DieselResponses(1);
Models.VGTSPEED = DieselResponses(2);
Models.EQREXH = DieselResponses(3);
Models.PEAKPRESS = DieselResponses(4);
Models.NOX = DieselResponses(6);
Models.EGRMF = DieselResponses(7);

Определение входных данных для двухточечных моделей и создание локальной модели

Переменными рабочих точек являются скорость (SPEED) и тормозной момент (BTQ).
Локальными входами являются основной пуск впрыска (MAINSOI), давление топлива (FUELPRESS), регулируемое положение турбины затвора (VGTPOS) и положение рециркуляции выхлопных газов (EGRPOS).

OperatingPointInputs = mbcmodel.modelinput('Symbol',{'SPEED','BTQ'},...
    'Name',{'SPEED','BTQ'},...
    'Units',{'rpm','Nm'},...
    'Range',{[1600 2200],[0 1600]});
LocalInputs = mbcmodel.modelinput(...
    'Symbol',{'MAINSOI','FUELPRESS','VGTPOS','EGRPOS'},...
    'Name',{'MAINSOI','FUELPRESS','VGTPOS','EGRPOS'},...
    'Units',{'deg','MPa','ratio','mm'},...
    'Range',{[-9 3],[90 160],[0.2 0.9],[0.5 5]});
% Create a local multiple model
L = mbcmodel.CreateModel('Point-by-Point',LocalInputs);
% Select the best model using the PRESS RMSE statistic.
L.Properties.SelectionStatistic = 'PRESS RMSE';

Определение рабочих точек двигателя

Конструкция рабочих точек - 7-точечный цикл привода.

Xg = [2200.0 1263.0
    2200.0	947.0
    2200.0	632.0
    2200.0	126.0
    1600.0	1550.0
    1600.0	1163.0
    1600.0	775.0];

OperatingPointDesign = CreateDesign(OperatingPointInputs);
OperatingPointDesign.Points = Xg;
OperatingPointDesign.Name = 'Drive cycle';

Создание локального проекта для каждой рабочей точки

Для каждой рабочей точки отрегулируйте предельные значения для основного впрыска, давления топлива и VGTPOS и создайте конструкцию Sobol на 128 точек.

localDesign = CreateDesign(LocalInputs,'Type','Sobol Sequence');
localDesignGenerator = localDesign.Generator;
NumLocalPoints = 128;
localDesignGenerator.NumberOfPoints = NumLocalPoints;
DList = mbcdoe.design.empty( 0, 1);

data = [];
for i = 1:OperatingPointDesign.NumberOfPoints
    OperatingPoint = OperatingPointDesign.Points(i,:);
    speed = OperatingPoint(1);
    TQDemand = OperatingPoint(2);

Назовите локальную конструкцию по операционной точке

    localDesign.Name = sprintf('Test %2d (%s=%4.0f,%s=%3.0f)', i,...
        OperatingPointInputs(1).Symbol,OperatingPoint(1),....
        OperatingPointInputs(2).Symbol,OperatingPoint(2));

Установка пределов в зависимости от скорости для локальных входов

При использовании свойства «Пределы» для задания диапазона ввода создается проект Sobol с точными точками NumLocalPoints.

    f = (speed-1600)/(2200-1600);    
    % The main soi range varies from [-3,3] at 1600 rpm to
    % [-9,-3] at 2200 rpm. 
    localDesignGenerator.Limits(1,:) = (1-f)*[-3,3] + f*[-9,-3];
    % The fuel pressure range varies from [90,130] at 1600 rpm to
    % [120,160] at 2200 rpm. 
    localDesignGenerator.Limits(2,:) = (1-f)*[90 120] + f*[110,160];
    % The VGTPOS range varies from [0.2,0.4] at 1600 rpm to
    % [0.6,0.9] at 2200 rpm. 
    localDesignGenerator.Limits(3,:) = (1-f)*[0.2 0.4] + f*[0.6 0.9];

    % set design properties and generate local design
    localDesign.Generator = localDesignGenerator;

Сбор данных модуля для локального проектирования

Найти топливо, необходимое для получения требуемого крутящего момента для каждой точки в локальной конструкции

    [Xlocal,XTS] = mbcSolveTQ(Models,localDesign.Points,speed,TQDemand);

Проекты дополнений при необходимости

Убедитесь, что после выполнения 128-точечного DOE было собрано достаточно баллов (дизайн эксперимента). Соберите дополнительные точки, увеличив Последовательность Соболя следующими N точками в последовательности, если это необходимо.

    N =  NumLocalPoints;
    count = 1;
    while size(Xlocal,1) < NumLocalPoints*0.75 && count<10
        localDesign = Generate(localDesign,...
            'Skip',N,...
            'NumberOfPoints',N);
        N = N*2;
        % Find the fuel required to obtain the demanded torque for each point in
        % the augmented local design
        [Xlocalaug,XTSaug] = mbcSolveTQ(Models,localDesign.Points,speed,TQDemand);
        Xlocal = [Xlocal; Xlocalaug]; %#ok<AGROW>
        XTS = [XTS; XTSaug]; %#ok<AGROW>
    end

    % Update points in the local design
    localDesign.Points = Xlocal;
    fprintf('%s: %d points\n',localDesign.Name,localDesign.NumberOfPoints);

Test  1 (SPEED=2200,BTQ=1263): 127 points
Test  2 (SPEED=2200,BTQ=947): 128 points
Test  3 (SPEED=2200,BTQ=632): 128 points
Test  4 (SPEED=2200,BTQ=126): 128 points
Test  5 (SPEED=1600,BTQ=1550): 116 points
Test  6 (SPEED=1600,BTQ=1163): 119 points
Test  7 (SPEED=1600,BTQ=775): 128 points

Сбор данных ответа

Расчет данных ответа из моделей исследования дизельного топлива

    BTQ = TQDemand*ones(size(Xlocal,1),1);
    AFR = 14.46./Models.EQREXH.PredictedValue(XTS);
    EGRMF = Models.EGRMF.PredictedValue(XTS);
    BSNOX = 3600*Models.NOX.PredictedValue(XTS)/159.5573;
    PEAKPRESS = Models.PEAKPRESS.PredictedValue(XTS)/1e6;
    VGTSPEED = Models.VGTSPEED.PredictedValue(XTS);
    BSFC = 5400.*XTS(:,3)./(BTQ*pi);

Проверка соответствия BSFC

Проверить RMSE < 2

    [stats,Lbsfc] = Fit(L,Xlocal,BSFC);
    if stats(5)>2
        fprintf('Poor fit for test %d.\n',i)
    end

Накапливать данные и локальные проекты

Можно обеспечить автоматическое определение тестов путем определения переменной logno.

    data = [data ; 
        Xlocal XTS(:,2:3) ...
        BTQ BSFC AFR EGRMF BSNOX PEAKPRESS VGTSPEED i*ones(size(Xlocal,1),1)]; %#ok<AGROW>
    DList(i) = localDesign;
end

Создание проекта и плана испытаний

Create an mbcmodel project and build models

project = mbcmodel.CreateProject('DieselPointByPoint');
% Create test plan
TP = CreateTestplan( project, {LocalInputs,OperatingPointInputs} );
TP.Name = 'Point-by-point';

% Assign list of local designs to test plan
TP.Designs{1} = DList;
% Set as best design in test plan
TP.BestDesign{2} = OperatingPointDesign;

Создание и импорт структуры данных

D = project.CreateData();
s = D.ExportToMBCDataStructure;
s.varNames = {LocalInputs.Name ...
    'SPEED', 'MAINFUEL','BTQ' 'BSFC' 'AFR' 'EGRMF' 'BSNOX' 'PEAKPRESS' 'VGTSPEED','logno'};
s.varUnits = {'deg','MPa','mm','ratio',...
    'rpm','mg/stroke','Nm','g/kWhr','ratio','ratio','g/kWhr','MPa','rpm',''};
s.data = data;

D.BeginEdit;
D.ImportFromMBCDataStructure(s);
D.CommitEdit;
TP.AttachData(D);

Построение модели границы по точкам

Использовать выпуклый корпус для локальных границ.

B = TP.Boundary.Local.CreateBoundary('Point-by-Point');
B.LocalModel = CreateBoundary(B.LocalModel,'Convex hull');
% Add point-by-point boundary model to project.
TP.Boundary.Local.Add(B);

Построить модели ответа

Использование локальной множественной модели и отсутствие глобальной модели.

Responses = {'BSFC','BSNOX','AFR','EGRMF','PEAKPRESS','VGTSPEED','MAINFUEL'};
for i = 1:length(Responses)
    TP.CreateResponse(Responses{i},L,[]);
end

Проверка и уточнение моделей

Перед загрузкой проекта в браузер модели его необходимо сохранить в файл.

project.Save('DieselPointByPoint.mat');

mbcmodel('DieselPointByPoint.mat')

Связанные темы

Процесс калибровки дизельного топлива с несколькими впрысками

Документация