Identifikation nichtlinearer mechatronischer Systeme mit ...

5 Identifikation und Regelung einer
Drosselklappe
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Im Kapitel 4 wurde gezeigt, dass man mit Hilfe des in Kapitel 3 beschriebenen Verfahrens
ein nichtlineares mechatronisches System identifizieren kann. Handelte es
sich in Kapitel 4 um eine Labor-Anwendung, so wird in diesem Kapitel die Identifikation
einer kommerziellen PKW-Drosselklappe beschrieben.
Aufbauend auf dem erzielten Identifikationsergebnis wird ein nichtlinearer Zustandsregler
für die Drosselklappe entwickelt. Es wird gezeigt, dass dieser Regler ein deutlich
besseres Regelverhalten aufweist als die bisher eingesetzten PID-Regler. Dies
wird sowohl für den Fall betrachtet, dass das Ansaugverhalten des Verbrennungsmotors
des PKWs keinen Störeinfluß auf die Drosselklappe hat, als auch für den
Fall, dass diese Störeinflüsse auf die Drosselklappe wirken.
In diesem Kapitel werden zunächst die Drosselklappe, das Modell der Drosselklappe
sowie der zugehörige Versuchsstand beschrieben. Anschließend wird die Drosselklappe
identifiziert. Aufbauend auf diesen Identifikationsergebnissen wird die nichtlineare
Zustandsregelung entwickelt, die deutliche Vorteile gegenüber einem PID-Regler aufweist.
Diese Verbesserungen zeigt ein Vergleich der Regelergebnisse bei stehendem
Verbrennungsmotor und bei laufenden Verbrennungsmotor für den Zustandsregler
und den PID-Regler am Ende dieses Kapitel.
5.1 Aufgabe einer Drosselklappe
Eine Drosselklappe sitzt im Ansaugtrakt eines Verbrennungsmotors. Über den Winkel
der Drosselklappe wird der Luftmassenstrom reguliert und damit die zur Verfügung
stehende Luftmenge bestimmt. Diese Luftmenge wird von dem Verbrennungsmotor
pro Arbeitshub angesaugt. Entsprechend der vorhandenen Luftmenge
wird die zur Gemischbildung benötigte Kraftstoffmenge durch die variable Öffnungsdauer
der Einspritzventile in die Zylinder eingespritzt. Somit gibt die in den Ansaugbereich
des Motors strömende Luftmenge bzw. der momentane Öffnungswinkel
der Drosselklappe den jeweiligen Betriebspunkt des Motors vor.
Der Öffnungswinkel der Drosselklappe wird wiederum über das Gaspedal bestimmt.