Constrained Nonlinear Predictive Control of Gasoline Low-Temperature Combustion
Réglage d’une prédictive non-linéaire avec réalisation des limitations pour la combustion de l’essence à basse température
1 Formerly 2, Today Daimler AG, 70546 Stuttgart - Germany
2 Institut für Regelungstechnik, RWTH Aachen University, 52056 Aachen - Germany
e-mail: kai.hoffmann@rwth-aachen.de - d.abel@irt.rwth-aachen.de
* Corresponding author
Combustion of a gasoline fuel with a high amount of recirculated exhaust gas is increasingly gaining interest. Such in part load conditions, a low combustion peak temperature can be achieved, which yields lowest emissions but suffers from instabilities of the process and a highly nonlinear behavior. These properties make a closed-loop control a requirement for transient operation but also a challenge. The paper presents an innovative Nonlinear Model-based Predictive Controller (NMPC) for controlling the Indicated Mean Effective Pressure (IMEP) and Crank Angle of 50% burnt mass fraction (CA50) while accounting for constraints on the maximum pressure rise (dpmax). The implementation of the controller is presented in a framework for Rapid Control Prototyping (RCP) enabling the user to set up a complex controller for transient operation in a short time frame. The ability of the approach is proved by application to the real engine.
Résumé
La combustion de l’essence avec une grande quantité de gaz d’échappement recirculés suscite de plus en plus d’intérêt. Dans de telles conditions de charge partielle, on peut atteindre une température maximale de combustion faible, ce qui donne moins d’émissions mais provoque des instabilités du processus et un comportement fortement non-linéaire. Ces propriétés rendent nécessaire une commande en boucle fermée pour le fonctionnement en transitoire, dont la synthèse constitue un véritable défi. Le papier présente une commande NMPC (prédictive non-linéaire basée sur modèle) innovante pour réguler la PME (Pression Moyenne Efficace) et le CA50 (angle du vilebrequin où 50 % de la masse de carburant est brûlée), tout en tenant compte des contraintes sur la dpmax (montée en pression maximale). La mise en œuvre du régulateur est présentée dans un cadre de prototypage rapide de la commande (RCP) permettant à l’utilisateur de mettre en place, dans un court délai, un régulateur complexe pour le fonctionnement en transitoire. Le potentiel de l’approche est démontré par application sur le moteur réel.
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