Identifikation nichtlinearer mechatronischer Systeme mit ...

152 5 Identifikation und Regelung einer Drosselklappe
In den Abbildungen 5.35 und 5.36 sind die Regelergebnisse für den PID-Regler dargestellt.
Wie bereits in den Ergebnissen für den ungestörten Fall kommt es sowohl beim
Öffnen und beim Schließen der Drosselklappe zu einem deutlichen Überschwingen
bzw. Unterschwingen. Dies bedeutet, dass ohne zusätzlichen Maßnahmen es nicht
gewährleistet werden kann, dass die Drosselklappe mit großer Geschwindigkeit gegen
die mechanischen Anschläge fährt. Es ist allerdings gut zu erkennen, dass die
Reglergebnisse für die unterschiedlichen Motordrehzahlen nahezu identisch sind und
mit dem Regelergebniss für Motordrehzahl 0 U/min sehr gut übereinstimmen. Dies bedeutet,
dass der Regler in der Lage ist, die durch den Luftmassenstrom erzeugten
Störungen auszuregeln.
Ein deutlich besseres Einschwingverhalten zeigt der Zustandsregler in Abbildung
5.37. Beim Öffnen der Drosselklappe kommt es nun zu keinem Überschwingen mehr.
Betrachtet man allerdings den Schließvorgang in Abbildung 5.38, so erkennt man
nachwievor ein Unterschwingen, was jedoch deutlich kleiner als bei der Verwendung
des PID-Reglers ist. Dieses Unterschwingen liegt vorallem daran, dass der Einfluss
der Rückstellfedern bei dem Reglerentwurf nicht mit berücksichtigt werden kann.
Auch der Zustandsregler ist in der Lage, die Störungen durch den Luftmassenstrom
auszureglen.
Das beste Regelergebniss liefert wiederum der adaptive PI-Zustandsregler. In den
Abbildungen 5.39 und 5.40 ist kein Über- bzw. Unterschwingen zu erkennen. Auch
der Einfluss des Luftmassenstrom ist beim Einsatz dieses Regelungskonzeptes vernachlässigbar.
5.7 Kurzzusammenfassung
In diesem Kapitel wird die Aufgabe und die Modellierung einer Drosselklappe eines
Verbrennungsmotors beschrieben. Aufbauend auf dieser Modellierung wird mit dem
in Kapitel 3 beschriebenen Verfahren ein strukturiertes rekurrentes Netz zur Identifikation
einer kommerziellen Drosselklappe entwickelt. Mit Hilfe der gewonnenen
Identifikationsergebnisse wird ein PI-Zustandsregler mit nichtlinearem Beobachter
entworfen, der den bisher eingesetzten PID-Reglern sowohl in der Regeldynamik
und Regelgüte als auch in der Rauschunterdrückung überlegen ist. Dies wird sowohl
mit als auch ohne Einfluss des Luftmassenstromes gezeigt. Durch die unumgängliche
Verwendung eines nichtlinearen Zustandsbeobachters ist der Rechenaufwand einer
solchen Lösung deutlich höher als bei herkömmlichen Systemen. Da aber in Zukunft
die Rechenleistung der eingesetzten Steuergeräte immer größer und außerdem die
Umwelt- bzw. Verbrauchsanforderungen immer strikter werden, ist der Einsatz solch
eines Ansatzes aufgrund der Vielzahl an Vorteilen zukünftig durchaus vorstellbar.
Aufbauend auf den Identifikationsergebnissen der Drosselklappe können neben den
vorgestellten PI-Zustandsregler auch weitere nichtlineare Regelverfahren angewen-