Réserves prolongées | Raffinage propre | Véhicules économes | Carburants diversifiés | CO 2...

Réserves prolongées | Raffinage propre | Véhicules économes | Carburants diversifiés | CO2 maîtrisé

© I

FP

Contrôle Moteur– Centre Automatique et Systèmes - Delphine BRESCH-PIETRI–08 avril 2010

Contrôle adaptatif de richesseUne approche par paramètres distribués

Groupe de Travail – EDP

Delphine Bresch-Pietri

© I

FP

Contrôle Moteur– Centre Automatique et Systèmes - Delphine BRESCH-PIETRI–08 avril 20102

Plan

Motivations Contrôle Moteur Modélisation par un 1er ordre à retard

Description Validation du modèle

Contrôle mis en œuvre Cas Adaptation seul Cas Retard connu Contrôle et implémentation Théorème

Résultats au banc

.

© I

FP

Contrôle Moteur– Centre Automatique et Systèmes - Delphine BRESCH-PIETRI–08 avril 20103

Plan

Motivations Contrôle Moteur Modélisation par un 1er ordre à retard

Description Validation du modèle

Contrôle mis en œuvre Cas Adaptation seul Cas Retard connu Contrôle et implémentation Théorème

Résultats au banc

.

© I

FP

Motivations contrôle moteur

CO2/pétrole effet de serre prix du pétrole

Emission polluantes HC (cancérigène, mutagène) NOx (irritant, pluies acides) CO (toxique) particules (cancérigène,

mutagène)

Normes européennes

Contrôle Moteur– Centre Automatique et Systèmes - Delphine BRESCH-PIETRI–08 avril 2010

© I

FP

Motivations contrôle moteur

Guérir : Post-Traitement pot catalytique (Essence, Diesel) filtre à particule (D.) piège à NOx (D.) injection urée (D.)

Prévenir : modification Hardware downsizing (E.) recirculation des gaz brulés (E.,D.) turbocompresseurs (E.,D.)

Solutions techniques

Gains de performance

... au détriment de la stabilité de la combustion.

Contrôle Moteur– Centre Automatique et Systèmes - Delphine BRESCH-PIETRI–08 avril 2010

© I

FP

Motivations Contrôle Moteur

Cycle à 4 temps Admission (ivc) Compression Expansion/Combustion Echappement

Combustion : production de couple, polluants, bruits Que brûle-t-on ?

composition du mélange à l'ivc (Mair, Mfuel, Mbg) conditions thermodynamiques (P,T)

Comment brûle-t-on ? angle d'allumage / d'injection

Fonctionnement du moteur thermique

Contrôle Moteur– Centre Automatique et Systèmes - Delphine BRESCH-PIETRI–08 avril 2010

© I

FP

7

Motivations Contrôle Moteur

Boucle d'air

Boucle carburant

Fonctionnement du moteur essence

Contrôle Moteur– Centre Automatique et Systèmes - Delphine BRESCH-PIETRI–08 avril 2010

© I

FP

8

Motivations Contrôle Moteur

Faibles émissions de polluants / Forte consommation Contrôle moteur essence :

Traitement des émissions polluantes : catalyseur 3 voies transformation en eau et CO2 de

- HC (oxydation)

- NOx (réduction)

- CO efficacité de conversion dépendant

du rapport air/essence (λ en normalisé) -> faible zone de conversion optimale

Contrôle du couple = Contrôle de la masse d'air aspirée

.

Problématique richesse en Essence

Contrôle Moteur– Centre Automatique et Systèmes - Delphine BRESCH-PIETRI–08 avril 2010

© I

FP

9

Motivations Contrôle Moteur

Impératif de réguler la richesse à 1 :

où PCO dépend du carburant utilisé (≈14.6)

Stratégie en BO

Feedback via la

Sonde Lambda

retard de transport (≈ 20 PMH)

Contrôle Moteur– Centre Automatique et Systèmes - Delphine BRESCH-PIETRI–08 avril 2010

© I

FP

10

Contrôler l'AFR Feedback via la sonde lambda :

données retardées incertitudes paramètres retard et paramètres variables selon le point de fonctionnement (régime,

charge)

Contrôles classiques du retard/ de l'AFR : PID (tuning : Ziegler-Nichols )

-> limitation en gain (lenteur) ou calibration fastidieuse prédicteur de Smith (modifié)

-> sensibilité aux incertitudes paramètres et erreurs retard méthodes adaptatives pour les paramètres

-> pas d'adaptation du retard

Contrôle Moteur– Centre Automatique et Systèmes - Delphine BRESCH-PIETRI–08 avril 2010

© I

FP

Contrôle Moteur– Centre Automatique et Systèmes - Delphine BRESCH-PIETRI–08 avril 201011

Plan

Motivations Contrôle Moteur Modélisation par un 1er ordre à retard

Description Validation du modèle

Contrôle mis en œuvre Cas Adaptation seul Cas Retard connu Contrôle et implémentation Théorème

Résultats au banc

.

© I

FP

12

Modélisation par un 1er ordre

avec : contrôle

modèle statique de mouillage -> lien Minj

paramètres du modèle :

Erreur injection

Erreur estimation

Contrôle Moteur– Centre Automatique et Systèmes - Delphine BRESCH-PIETRI–08 avril 2010

© I

FP

13

Validation du modèleEssais réalisés au banc-moteur

CME = 10Nm, Ne variable

très variableretard

Contrôle Moteur– Centre Automatique et Systèmes - Delphine BRESCH-PIETRI–08 avril 2010

© I

FP

14

Validation du modèleEvolution des paramètres : τφ

bonne interprétation physique : connu précisément

Contrôle Moteur– Centre Automatique et Systèmes - Delphine BRESCH-PIETRI–08 avril 2010

© I

FP

15

Validation du modèleEvolution des paramètres : D

Approximation

Contrôle Moteur– Centre Automatique et Systèmes - Delphine BRESCH-PIETRI–08 avril 2010

© I

FP

16

Plan

Motivations Contrôle Moteur Modélisation par un 1er ordre à retard

Description Validation du modèle

Contrôle mis en œuvre Cas Adaptation seul Cas Retard connu Contrôle et implémentation Théorème

Résultats au banc

.

Contrôle Moteur– Centre Automatique et Systèmes - Delphine BRESCH-PIETRI–08 avril 2010

© I

FP

17

Objectif du contrôle

régulation autour de ... ...avec :

connu approché totalement inconnu, mais constant et dans

...à l'aide de : adaptation d'un estimé de un contrôle U - adapté au retard

- robuste à l'erreur

stratégie en transitoire, basée sur celle en stabilisé Evolution de supposée continue, suffisamment lente et restreinte à

Contrôle Moteur– Centre Automatique et Systèmes - Delphine BRESCH-PIETRI–08 avril 2010

© I

FP

18

Contrôle mis en œuvreAdaptation sans retard (D=0)

Méthode : écriture du système différentiel de l'erreur

fonction de Lyapunov quadratique candidate

Hypothèses : D = 0 inconnu -> Tracking de

Contrôle Moteur– Centre Automatique et Systèmes - Delphine BRESCH-PIETRI–08 avril 2010

© I

FP

19

Contrôle mis en œuvreAdaptation sans retard (D=0)

Méthode : écriture du système différentiel de l'erreur

fonction de Lyapunov quadratique

Contrôle Moteur– Centre Automatique et Systèmes - Delphine BRESCH-PIETRI–08 avril 2010

© I

FP

20

Contrôle mis en œuvreStabilisation d'un système à retard connu Hypothèses :

D > 0 connu connu

SYSTEME

Prédiction :

Contrôle Moteur– Centre Automatique et Systèmes - Delphine BRESCH-PIETRI–08 avril 2010

© I

FP

21

Contrôle mis en œuvreStabilisation d'un système à retard connu Hypothèses :

D > 0 connu connu

SYSTEME

1 0x

Contrôle Moteur– Centre Automatique et Systèmes - Delphine BRESCH-PIETRI–08 avril 2010

© I

FP

22

Contrôle mis en œuvreStabilisation d'un système à retard connu Hypothèses :

D > 0 connu Backstepping : connu

SYSTEME

1 0

stable

Contrôle Moteur– Centre Automatique et Systèmes - Delphine BRESCH-PIETRI–08 avril 2010

© I

FP

23

Contrôle mis en œuvreStabilisation d'un système à retard connuEtat de l'art

Contrôle Moteur– Centre Automatique et Systèmes - Delphine BRESCH-PIETRI–08 avril 2010

Backstepping + Conditions aux bornes des EDPs introduites-> contrôle adaptatif dans cas vectoriel

Adaptive trajectory tracking despite unknown input delay and plant parameters, Automatica 2009, Bresch-Pietri and Krstic

Adaptive Backstepping Controller for Uncertain Systems With Unknown Input Time-Delay. Application to SI Engines, CDC 2010

Nécessite la connaissance de tout■ en pratique, peu connu

■ ne se déduit pas de U sans D...

© I

FP

24

Contrôle et Implémentation

Hypothèses : D > 0 inconnu inconnu tracking de

Différences de traitement : inconnu car 1/D inconnu -> à inconnu -> adaptation tracking : erreurs par rapport à la référence

Estimation à

01

Contrôle Moteur– Centre Automatique et Systèmes - Delphine BRESCH-PIETRI–08 avril 2010

© I

FP

25

Contrôle et Implémentation

dynamique retardée dynamique non-retardée

Contrôle Moteur– Centre Automatique et Systèmes - Delphine BRESCH-PIETRI–08 avril 2010

© I

FP

26

Contrôle et Implémentation

Stabilisation d'un système connuAdaptation sans retard (D=0)

Contrôle Moteur– Centre Automatique et Systèmes - Delphine BRESCH-PIETRI–08 avril 2010

© I

FP

27

Contrôle et Implémentation

Théorème (CV Asymptotique locale)

Si ●

●

alors et

Contrôle Moteur– Centre Automatique et Systèmes - Delphine BRESCH-PIETRI–08 avril 2010

© I

FP

28

Résultat général

Hypothèses : connu pour chaque (commandabilité) Intervalles de variations connus : Système non-retardé commandable :

régularité du triplet sur

Contrôle Moteur– Centre Automatique et Systèmes - Delphine BRESCH-PIETRI–08 avril 2010

© I

FP

29

Résultat général

Théorème

Si, à t=0, le système est t.q. et que l'on a , alors le contrôle

assure

Contrôle Moteur– Centre Automatique et Systèmes - Delphine BRESCH-PIETRI–08 avril 2010

© I

FP

30

Plan

Motivations Contrôle Moteur Modélisation par un 1er ordre à retard

Description Validation du modèle

Contrôle mis en œuvre Cas Adaptation seul Cas Retard connu Contrôle et implémentation Théorème

Résultats au banc

.

Contrôle Moteur– Centre Automatique et Systèmes - Delphine BRESCH-PIETRI–08 avril 2010

© I

FP

31

Contrôle mis en œuvreStratégie globale

Point de fonctionnement donné : application directe

En transitoire, basée sur celle en stabilisé Evolution « lente » des paramètres entre 2 PMH Chaque point est une « C.I. » du suivant

Contrôle Moteur– Centre Automatique et Systèmes - Delphine BRESCH-PIETRI–08 avril 2010

© I

FP

32

Résultats BancsIso-Régime : 1000 rpm

Contrôle Moteur– Centre Automatique et Systèmes - Delphine BRESCH-PIETRI–08 avril 2010

© I

FP

33

Résultats Bancs : Iso-Régime (1000 rpm)

Contrôle Moteur– Centre Automatique et Systèmes - Delphine BRESCH-PIETRI–08 avril 2010

© I

FP

34

Résultats bancs

Bilan

Fonctionne, malgré complexité Utilisation d’un seul jeu de gain -> pas de calibration

Possibilité de « tuner » les gains pour améliorer temps de réponse.

Utilisation de l'identification comme diagnostic (vieillissement, dysfonctionnement ponctuel, modèle de remplissage...)

Contrôle Moteur– Centre Automatique et Systèmes - Delphine BRESCH-PIETRI–08 avril 2010

© I

FP

35

Bilan-Perspectives

Bilan : Contrôleur adaptatif particulier au retard Robustesse à l’erreur d’estimation du retard Validation expérimentale sur le problème de la richesse

Concept validé en théorie et en pratique

Implémentation faite

Perspectives : Applications potentielles à d’autre systèmes moteurs

(DOC, EGR)

Développement d’une adaptation du retard (identification)

Tracking d’une référence non constante

Contrôle Moteur– Centre Automatique et Systèmes - Delphine BRESCH-PIETRI–08 avril 2010

© I

FP

36

Merci pour votre attention !

Contrôle Moteur– Centre Automatique et Systèmes - Delphine BRESCH-PIETRI–08 avril 2010