Модель синхронизации Engine с управлением замкнутым циклом

Откройте модель

Этот пример показов, как улучшить версию модели разомкнутого контура двигателя, описанную в Моделирование Engine Timing Using Триггируемых подсистем. Эта модель, sldemo_enginewc, содержит систему с обратной связью и показывает гибкость и расширяемость моделей Simulink ®. В этой улучшенной модели цель контроллера состоит в том, чтобы регулировать скорость вращения двигателя с помощью быстрого привода дросселя, так что изменения крутящего момента нагрузки имеют минимальный эффект. Это легко достигается в Simulink путем добавления ПИ-контроллера в дискретном времени к модели двигателя.

Модель замкнутой системы

Мы выбрали закон контроля, который использует пропорциональное плюс интегральное (PI) управление. Интегратор нужен, чтобы настроить установившийся дроссель, когда рабочая точка изменяется, и пропорциональный член компенсирует задержку фазы, введенную интегратором.

Уравнение 1

$\theta = K_{\rho}(N_{set}-N) + K_I \int (N_{set}-N) dt$

$N_{set} = \mbox{ speed set point (rpm) }$

$K_{\rho} = \mbox{ proportional gain }$

$K_I = \mbox{ integral gain }$

Выполнение симуляции

Нажмите кнопку «Play» на панели инструментов модели, чтобы запустить симуляцию.

Примечание. Модель регистрирует соответствующие данные в рабочем пространстве MATLAB в структуре под названием sldemo_enginewc_output. Зарегистрированные сигналы имеют синий индикатор. Подробнее о регистрации сигналов в справке Simulink.

Фигура 1: Модель двигателя с обратной связью и результаты симуляции

В этой модели мы используем контроллер дискретного времени, который подходит для реализации микропроцессора. Интегральный член в Уравнении 1 должен быть реализован с приближением дискретного времени. Как обычно в промышленности, выполнение контроллера синхронизируется с вращением коленчатого вала двигателя. Контроллер встроен в триггируемую подсистему, которая запускается сигналом синхронизации клапана, описанным выше.

Подробная конструкция подсистемы 'Контроллера' проиллюстрирована в Фигуру 2. Следует отметить использование блока 'ПИД-регулятор'. Этот блок реализует пропорционально-интегральную систему управления за дискретное время. Обратите внимание на настройку набора шагов расчета (внутренне) в -1. Это указывает, что блок наследует свой шаг расчета, в этом случае выполняя каждый раз, когда подсистема запускается. Ключевой компонент, который делает это триггируемой подсистемой, является блоком 'Trigger', показанным в нижней части фигуры 2. Любая подсистема может быть преобразована в триггируемую подсистему путем перетаскивания копии этого блока в схему подсистемы из библиотеки Simulink Connections.

Фигура 2: Подсистема контроллера скорости

Результаты

Типичные результаты симуляции показаны на фигуре 3. Набор скоростей точки шагом от 2000 rpm на 3000 rpm при t = 5 sec. Нарушения порядка крутящего момента идентичны тем, которые используются в sldemo_engine, модель разомкнутого контура. Обратите внимание на быстрый переходный процесс с нулевой статической ошибкой. Несколько альтернативных настроек контроллера (Ki и Kp) показаны. Они могут быть скорректированы пользователем в командной строке MATLAB. Это позволяет инженеру понять относительные эффекты изменений параметра.

Фигура 3: Типичные результаты симуляции

Модель закрытия

Закройте модель. Очистить записанные данные.

Заключения

Способность моделировать нелинейные, сложные системы, такие как описанная здесь модель двигателя, является одной из ключевых возможностей Simulink. Степень симуляции очевидна в представлении моделей выше. Simulink сохраняет верность модели, включая точно установленные по времени события всасывания гидроцилиндра, что является критическим при создании модели этого типа. Полная система регулировки скорости показывает гибкость Simulink. В частности, подходы моделирования Simulink позволяют быстро прототипировать контроллер скорости вращения двигателя с приводом от прерывания.

Ссылки

[1] P.R. Crossley and J.A. Cook, IEEE ® International Conference 'Control 91', Conference Publication 332, vol. 2, pp. 921-925, 25-28 March, 1991, Edinburgh, U.K.

[2] Модель Simulink. Разработано Кеном Баттсом, Ford Motor Company ®. Изменен Полом Барнардом, Тедом Лифельдом и Стэном Куинном, MathWorks ®, 1994-7.

[3] J. J. Moskwa and J. K. Hedrick, «Automotive Engine Modeling for Реальное Время Control Application», Proc.1987 ACC, pp. 341-346.

[4] B. K. Powell and J. A. Cook, «Нелинейное низкочастотное феноменологическое моделирование и анализ Engine», Proc. 1987 ACC, pp. 332-340.

[5] R. W. Weeks and J. J. Moskwa, «Automotive Engine Modeling for Real-Time Control Using Matlab/Simulink», 1995 SAE Intl. Конг. Бумага 950417.

Документация