Tóm tắt luận án Tiến sĩ Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa: Nghiên cứu điều khiển bám tối ưu mô-men cho động cơ xăng để giảm lượng nhiên liệu tiêu thụ

Mục tiêu của luận án là nghiên cứu giải quyết bài toán điều khiển ổn định tốc độ động cơ xăng sử dụng trên xe ô tô, bám mô-men cản đặt vào trục động cơ xăng khi ô tô hoạt động trong chế độ điều khiển hành trình, để giảm lượng nhiên liệu bằng phương pháp LQIT tự chỉnh cho đối tượng là động cơ xăng.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tóm tắt luận án Tiến sĩ Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa: Nghiên cứu điều khiển bám tối ưu mô-men cho động cơ xăng để giảm lượng nhiên liệu tiêu thụ MỞ ĐẦU 1. Giới thiệu Đã có hơn 90 triệu chiếc xe hơi được sản xuất trên toàn Thế giới trong năm 2019, xe hơi sản xuất tăng 5% mỗi năm [95]. Sự phát triển của thị trường ô tô mang lại nhiều khía cạnh tiêu cực cần được xem xét nghiêm túc của ngành công nghiệp ô tô. Thứ nhất, động cơ xăng đã trở thành một trong những đối tượng gây ô nhiễm lớn cho môi trường. Thứ hai, giá nhiên liệu tăng cao, buộc các nhà sản xuất động cơ ứng dụng công nghệ mới cho phép ít gây ô nhiễm và hiệu quả. Với mục tiêu giảm thiểu ô nhiễm khí thải cũng như bảo toàn các nguồn tài nguyên thiên nhiên, tiết kiệm năng lượng trở thành một chủ đề mang tính toàn cầu. Cùng với đó là sự nảy sinh nhu cầu đối với các loại phương tiện giao thông đặc biệt là các xe ô tô thân thiện với môi trường, áp dụng các loại động cơ tiết kiệm nhiên liệu, ít khí thải độc hại, các hãng xe thế giới như Honda, Toyota, Nissan, GMC, Ford nỗ lực áp dụng các thành tự khoa học trong phát triển các loại động cơ xăng. 2. Tính cấp thiết Trong các phương pháp điều khiển tiết kiệm nhiêu liệu cho động cơ xăng phải kể đến phương pháp điều khiển trực tiếp mô-men của động cơ xăng [55] đến [70]. Đối với quá trình phi tuyến mạnh đặc biệt là vừa phi tuyến vừa có nhiễu như động cơ xăng và hệ cơ giới sử dụng động cơ xăng (xe hơi, xe ô tô tải,…) thì các phương pháp điều khiển PID, FLC chưa mang đến hiệu quả tối ưu. Từ các phân tích ở trên, ta thấy đối với điều khiển hệ phi tuyến tham số bất định, điều khiển mô-men của động cơ xăng áp dụng thuật toán hiện đại còn rất nhiều vấn đề cần được tiếp tục nghiên cứu, hoàn thiện. 3. Mục đích nghiên cứu Mục tiêu của luận án là nghiên cứu giải quyết bài toán điều khiển ổn định tốc độ động cơ xăng sử dụng trên xe ô tô, bám mô-men cản đặt vào trục động cơ xăng khi ô tô hoạt động trong chế độ điều khiển hành trình, để giảm lượng nhiên liệu bằng phương pháp LQIT tự chỉnh cho đối tượng là động cơ xăng. - Đề xuất thuật toán mới điều khiển ổn định tốc độ, bám theo các giá trị mô-men cản cho trước tác động vào động cơ xăng sử dụng trên xe ô tô trong chế độ điều khiển hành trình. - Khảo sát và cài đặt thuật toán điều khiển mô-men theo phương pháp điều khiển mới cho đối tượng cụ thể là động cơ xăng, 1 nhằm mục tiêu tiết kiệm lượng nhiên liệu tiêu thụ, mô phỏng hệ thống và kiểm chứng bằng thực nghiệm. 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: động cơ xăng được sử dụng cho xe ô tô hoạt động trong chế độ điều khiển hành trình với đầu vào điều khiển bằng góc mở bướm ga α (bướm gió), đáp ứng đầu ra là tốc độ và mô-men trên trục động cơ. Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu, thiết kế bộ điều khiển hiện đại LQIT tự chỉnh cho hệ phi tuyến tham số bất định bám theo tín hiệu đầu vào mẫu để điều khiển ổn định tốc độ và bám mô-men cản tác động vào động cơ xăng hoạt động trên xe ô tô trong chế độ điều khiển hành trình. Mô phỏng và thực nghiệm kiểm chứng kết quả nghiên cứu lý thuyết bằng phương pháp (HIL) sử dụng KIT Arduino Mega2560 với Matlab – Simulink. 5. Phương pháp nghiên cứu + Phân tích, đánh giá các nghiên cứu đã được công bố trên các bài báo, tạp chí, các tài liệu tham khảo về điều khiển động cơ đốt trong đặc biệt là các phương pháp điều khiển hiện đại cho động cơ xăng. Nghiên cứu, thiết kế bộ điều khiển LQIT tự chỉnh bám ổn định tín hiệu mẫu cho hệ phi tuyến liên tục. + Mô phỏng trên Matlab – Simulink để nhận lại kết quả nghiên cứu trên lý thuyết. + Xây dựng mô hình kiểm chứng kết quả lý thuyết bằng Hardware-in-the-loop (HIL) sử dụng KIT Arduino Mega2560 ghép nối trực tuyến với phần mềm Matlab – Simulink. 6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn - Luận án đưa ra phương pháp luận và đề xuất áp dụng một mô hình điều khiển mới, kết hợp thuật toán của bộ điều khiển hiện đại LQIT với nhận dạng hệ thống trực tuyến tạo thành hệ thống điều khiển bám tối ưu tự chỉnh cho động cơ xăng. - Thuật toán mới đề xuất đã được kiểm nghiệm qua mô phỏng và thực nghiệm điều khiển động cơ xăng bằng phương pháp HIL, qua đó khẳng định tính khả thi của thuật toán mà luận án đề xuất. - Kết quả nghiên cứu của luận án đã đáp ứng thời gian thực khi điều khiển hệ phi tuyến, mang lại tính khả thi cao cho việc tiết kiệm nhiên liệu. 7. Bố cục của luận án Ngoài phần mở đầu và kết luận, nội dung chính của luận án được trình bày trong 4 chương: Chương 1: Tổng quan về các phương pháp điều khiển cho động cơ xăng: Nội dung này tổng hợp các nghiên cứu về điều khiển tiết 2 kiệm nhiên liệu cho động cơ xăng. Trước tiên, nêu ra các nghiên cứu mà các tác giả đã xây dựng các thuật toán điều khiển tiết kiệm nhiên liệu cho động cơ xăng khác nhau, nhận xét và đánh giá kết quả của các nghiên cứu. Phân tích, nhận định và rút ra ý nghĩa về lý luận, thực tiễn của các công trình đó, đưa ra các vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu và đề xuất hướng nghiên cứu của luận án. Chương 2. Mô hình hóa và nhận dạng động cơ xăng: Trong nội dung này tác giả đã đưa ra cấu trúc và nguyên lý làm việc, mô hình toán tổng quát của động cơ xăng. Từ đó, chỉ ra các tín hiệu điều khiển, phương pháp điều khiển khác nhau cho động cơ xăng, xây dựng mô phỏng cho hệ phi tuyến là động cơ xăng có đầu ra điều khiển là tốc độ và mô-men của động cơ xăng. Trong nội dung này tác giả áp dụng phương pháp nhận dạng hồi quy tuyến tính để nhận dạng trực tuyến mô hình toán tuyến tính từ mô hình phi tuyến của động cơ xăng, đây là nội dung cơ sở để đưa vào áp dụng bộ điều khiển LQIT tự chỉnh cho động cơ xăng. Chương 3. Điều khiển mô-men động cơ xăng bằng thuật toán điều khiển bám tối ưu LQIT tự chỉnh: Trong nội dung chương này tác giả đã đưa ra cấu trúc và nguyên lý làm việc của bộ điều khiển là LQIT áp dụng cho đi ...