ES2951992T3 - Speed control method for an internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Un método de control para un motor de combustión interna, realizado mediante un control de retroalimentación de la velocidad del motor, basado en un error (Err) de dicha velocidad del motor, calculado entre un valor de referencia (Ref) y un valor medido (Speed) de la velocidad, en donde dicho control comprende una suma (S2) de una contribución proporcional (P) y una contribución integral (I), comprendiendo el método una etapa de sumar una contribución derivada (D) sólo cuando un primer signo de dicho error y una segundo signo de una derivada de la velocidad del motor son recíprocamente concordantes. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)A control method for an internal combustion engine, carried out through feedback control of the engine speed, based on an error (Err) of said engine speed, calculated between a reference value (Ref) and a measured value ( Speed) of the speed, where said control comprises a sum (S2) of a proportional contribution (P) and an integral contribution (I), the method comprising a step of adding a derived contribution (D) only when a first sign of Said error and a second sign of a derivative of the engine speed are reciprocally concordant. (Automatic translation with Google Translate, without legal value)
Description
DESCRIPCIÓNDESCRIPTION
Método de control de velocidad para un motor de combustión internaSpeed control method for an internal combustion engine
Referencias cruzadas a solicitudes relacionadasCross references to related requests
Esta solicitud de patente reclama la prioridad de la solicitud de patente italiana no. 102018000004932 presentada el 27/04/2018.This patent application claims the priority of Italian patent application no. 102018000004932 filed on 04/27/2018.
Campo técnico de la invenciónTechnical field of the invention
La invención se refiere al campo de los métodos de control para controlar el punto de funcionamiento de motores de combustión interna.The invention relates to the field of control methods for controlling the operating point of internal combustion engines.
Estado del arteState of the art
Se sabe que el pedal del acelerador permite al conductor provocar una variación en la velocidad de rotación del motor de combustión interna.It is known that the accelerator pedal allows the driver to cause a variation in the rotation speed of the internal combustion engine.
Esto es evidentemente consecuencia de una variación en un par motor suministrado por el motor de combustión interna. El pedal del acelerador puede relacionarse con el punto del motor, es decir, la velocidad/par motor del motor, de funcionamiento del motor de combustión interna que representa, con una inclinación relativa de dicho pedal, un valor de par motor requerido o una velocidad objetivo del motor.This is evidently a consequence of a variation in a torque supplied by the internal combustion engine. The accelerator pedal can be related to the engine point, that is, the engine speed/torque, of operation of the internal combustion engine that represents, with a relative inclination of said pedal, a required engine torque value or a speed. engine target.
La velocidad del motor y el par motor son parámetros evidentemente interrelacionados; sin embargo, el control de velocidad conlleva respuestas muy rápidas por parte del motor de combustión interna.Engine speed and engine torque are obviously interrelated parameters; However, speed control involves very fast responses from the internal combustion engine.
El control de velocidad en el motor de combustión interna es particularmente delicado debido al retardo intrínseco en la respuesta del motor debido a varios factores, incluyendo el efecto capacitivo del colector de admisión, que presenta una respuesta lenta.Speed control in the internal combustion engine is particularly delicate due to the intrinsic delay in engine response due to several factors, including the capacitive effect of the intake manifold, which presents a slow response.
Durante un cambio de marcha o una maniobra, o la inserción repentina de una carga, como una bomba o un compresor del vehículo, o una variación repentina en la pendiente del camino, se requiere la máxima rapidez y precisión de respuesta del control de velocidad.During a gear change or maneuver, or the sudden insertion of a load, such as a vehicle pump or compressor, or a sudden change in road gradient, maximum speed and precision of response from the speed control is required.
Un método de control de velocidad se basa en el hecho de calcular un error de velocidad relativo a un valor de referencia y, en consecuencia, en el cálculo de la variable de control necesaria (torque) (par motor) del sistema controlado, a fin de cambiar la respuesta del motor de combustión interna, con el fin de reducir o eliminar dicho error. Este es obviamente un control de retroalimentación.A speed control method is based on the fact of calculating a speed error relative to a reference value and, consequently, on the calculation of the necessary control variable (torque) (motor torque) of the controlled system, in order to to change the response of the internal combustion engine, in order to reduce or eliminate said error. This is obviously a feedback control.
El controlador típico utilizado en el arte conocido para controlar la velocidad del motor es de tipo PI (proporcional, integral). En otras palabras, el error entre un valor de referencia y el valor medido o estimado de la salida del sistema se corrige a través de la salida del sistema, a través de un controlador proporcional y un controlador integral, que, basándose en dicho error, generan las señales de control respectivas. La suma de las salidas respectivas, es decir, las respectivas señales de control generadas, se aplica a la entrada del sistema para hacer que la salida del sistema converja con el valor de referencia, que en este caso es una referencia de velocidad del motor.The typical controller used in the known art to control motor speed is of the PI (proportional, integral) type. In other words, the error between a reference value and the measured or estimated value of the system output is corrected through the system output, through a proportional controller and an integral controller, which, based on said error, generate the respective control signals. The sum of the respective outputs, i.e. the respective control signals generated, is applied to the system input to make the system output converge with the reference value, which in this case is an engine speed reference.
Sería extremadamente ventajoso utilizar también una contribución derivada, proporcionando un PID completo, ya que la contribución derivada permitiría una reacción más rápida, ya que el término derivado es un componente de control anticipativo. Desafortunadamente, el término derivado generalmente introduce dinámicas de alta frecuencia en el sistema, haciendo que el control sea inestable.It would be extremely advantageous to also use a derived contribution, providing a full PID, as the derived contribution would allow for a faster reaction, since the derived term is a feedforward control component. Unfortunately, the derivative term usually introduces high-frequency dynamics into the system, making the control unstable.
En un controlador PID, las salidas de los controladores P, I y D se agregan en conjunto y el resultado se aplica a la entrada del sistema que se va a controlar.In a PID controller, the outputs of the P, I, and D controllers are added together and the result is applied to the input of the system to be controlled.
Debido a la inestabilidad mencionada anteriormente, la contribución derivada generalmente no se utiliza.Due to the instability mentioned above, the derived contribution is generally not used.
El documento US2013/0113408 A1 divulga un método para controlar la velocidad de un motor de combustión interna de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1. La contribución derivada en un controlador PID se añade solo cuando los signos del error de velocidad y de la derivada de velocidad son concordantes.Document US2013/0113408 A1 discloses a method for controlling the speed of an internal combustion engine according to the preamble of claim 1. The derivative contribution in a PID controller is added only when the signs of the speed error and the derivative of speed are consistent.
El documento FR2858660 A1 divulga una limitación de la contribución integral como una función de la derivada de velocidad y del error de velocidad.Document FR2858660 A1 discloses a limitation of the integral contribution as a function of the velocity derivative and the velocity error.
El documento EP1439292 A2 divulga la saturación de la contribución integral como una función de la contribución derivada para prevenir el sobreimpulso y el subimpulso.Document EP1439292 A2 discloses comprehensive contribution saturation as a function of contribution derived to prevent overshoot and undershoot.
Breve descripción de la invenciónBrief description of the invention
El objeto de la invención es proporcionar un método de control de un motor de combustión interna que permite la implementación de un control de velocidad que es rápida, pero, al mismo tiempo, es estable y fluido.The object of the invention is to provide a method of controlling an internal combustion engine that allows the implementation of a speed control that is fast, but, at the same time, is stable and fluid.
La idea básica de la presente invención es proporcionar un control de velocidad de retroalimentación mediante un controlador PID, que comprende una contribución proporcional, integral y derivada solo cuando un error de velocidad del motor es causado por una variación en el valor de referencia de velocidad, de lo contrario el controlador es PI, es decir, comprende solo contribuciones proporcionales e integrales.The basic idea of the present invention is to provide feedback speed control by a PID controller, comprising a proportional, integral and derivative contribution only when a motor speed error is caused by a variation in the speed reference value, otherwise the controller is PI, that is, it comprises only proportional and integral contributions.
En otras palabras, cuando se produce la condición de funcionamiento antes mencionada, se utiliza un controlador PID completo, en el que la suma de las respectivas salidas, es decir, de las respectivas señales de control generadas, se aplica a la entrada del motor de combustión interna para hacer que la salida del motor converja con el valor de referencia de velocidad.In other words, when the above-mentioned operating condition occurs, a complete PID controller is used, in which the sum of the respective outputs, that is, of the respective control signals generated, is applied to the input of the motor. internal combustion to make the engine output converge with the speed reference value.
Esto significa que cuando el error de velocidad es causado por una perturbación externa, por ejemplo, una rápida variación en la pendiente del camino, o la activación de un dispositivo conectado a una toma de fuerza del motor, etc., la contribución derivada no se añade a las contribuciones proporcionales e integrales.This means that when the speed error is caused by an external disturbance, for example, a rapid variation in road gradient, or the activation of a device connected to an engine power take-off, etc., the derived contribution is not adds to the proportional and integral contributions.
Para discriminar el caso en que el error depende de una variación de la señal de referencia o de una variación de carga, es suficiente comparar un signo de dicho error de velocidad de rotación del motor con un signo de una derivada de velocidad de rotación del motor. En particular, si los signos son discordantes, entonces el error de velocidad es causado por una variación de carga.To discriminate the case in which the error depends on a variation of the reference signal or a variation of load, it is sufficient to compare a sign of said motor rotation speed error with a sign of a derivative of motor rotation speed. . In particular, if the signs are discordant, then the speed error is caused by a load variation.
A continuación, por “velocidad” se refiere a “velocidad de rotación del motor”.Next, by “speed” we mean “motor rotation speed.”
Cuando la derivada de velocidad se detecta como positiva y el error es negativo, significa que el motor está acelerando más allá del valor de referencia. Esto ocurre generalmente cuando una carga se desprende repentinamente.When the speed derivative is detected as positive and the error is negative, it means that the motor is accelerating beyond the reference value. This usually occurs when a load is suddenly detached.
Y a la inversa, cuando la derivada de velocidad es negativa y el error de velocidad es positivo, significa que el par motor suministrado por el motor no es suficiente para hacer frente a la carga aplicada, de repente, por ejemplo.And conversely, when the speed derivative is negative and the speed error is positive, it means that the torque supplied by the motor is not enough to cope with the applied load, suddenly, for example.
Por lo tanto, de acuerdo con la presente invención, la contribución derivada se agrega a las salidas de control proporcional e integral cuando los signos de error y derivados son concordantes.Therefore, according to the present invention, the derivative contribution is added to the proportional and integral control outputs when the error and derivative signs are concordant.
A la inversa, cuando los signos son discordantes, la contribución derivada no se añade a las contribuciones integrales y proporcionales.Conversely, when the signs are discordant, the derived contribution is not added to the integral and proportional contributions.
En relación con las implementaciones específicas de la invención, el uso de la contribución derivada puede decidirse cuando los signos mencionados son concordantes y positivos, o concordantes y negativos.In relation to specific implementations of the invention, the use of the derived contribution can be decided when the mentioned signs are concordant and positive, or concordant and negative.
El hecho de utilizar la contribución derivada de acuerdo con la presente invención, hace que el motor sea extremadamente rápido, pero al mismo tiempo se evita la introducción de la dinámica de alta frecuencia en el sistema de control, que puede hacer que el control sea inestable.Using the derived contribution according to the present invention makes the motor extremely fast, but at the same time avoids the introduction of high frequency dynamics into the control system, which can make the control unstable. .
Por “controlador” nos referimos al control de revoluciones realizado en el motor de combustión interna en general. Según una variación preferida de la invención, no solo los signos deben ser concordantes, sino que el valor absoluto del error de velocidad debe superar un primer umbral predeterminado y el valor absoluto de la derivada de velocidad debe superar un segundo umbral predeterminado.By “controller” we refer to the revolution control carried out on the internal combustion engine in general. According to a preferred variation of the invention, not only must the signs be concordant, but the absolute value of the speed error must exceed a first predetermined threshold and the absolute value of the speed derivative must exceed a second predetermined threshold.
Según la invención, que se combina con las anteriores, cuando solo se utilizan las contribuciones proporcionales e integrales, la derivada de velocidad de rotación del motor (que normalmente se multiplica por un parámetro predeterminado que define la contribución derivada antes mencionada), se utiliza para modificar un parámetro de funcionamiento del controlador integral para compensar las variaciones repentinas debidas a las cargas.According to the invention, which is combined with the previous ones, when only the proportional and integral contributions are used, the motor rotation speed derivative (which is normally multiplied by a predetermined parameter that defines the aforementioned derivative contribution), is used to modify an operating parameter of the integral controller to compensate for sudden variations due to loads.
En particular, el controlador integral consta de un saturador, que satura la señal de control hacia el motor de combustión interna en función de un error de velocidad y en función de la derivada de velocidad del motor de combustión interna. La contribución derivada responde mucho más rápidamente que las otras contribuciones proporcionales e integrales, pero su contribución se utiliza para intervenir en la contribución integral, minimizando los sobreimpulsos y subimpulsos de la respuesta del motor de combustión interna, sin afectar su estabilidad.In particular, the integral controller consists of a saturator, which saturates the control signal to the internal combustion engine based on a speed error and based on the speed derivative of the internal combustion engine. The derived contribution responds much more quickly than the other proportional and integral contributions, but its contribution is used to intervene in the integral contribution, minimizing the overshoots and undershoots of the response of the internal combustion engine, without affecting its stability.
De lo anterior, queda claro que no se genera una señal que se añade a las contribuciones proporcionales e integrales para minimizar las sobreelongaciones; más bien, la contribución derivada se utiliza para hacer frente a las variaciones repentinas de carga. Preferiblemente, la señal obtenida de la suma de las contribuciones integrales, proporcionales y derivadas no se satura.From the above, it is clear that a signal is not generated that is added to the proportional and integral contributions to minimize over-elongations; rather, the derived contribution is used to cope with sudden load variations. Preferably, the signal obtained from the sum of the integral, proportional and derivative contributions does not saturate.
Las reivindicaciones describen la invención, formando parte integral de la presente descripción.The claims describe the invention, forming an integral part of the present description.
Breve descripción de las figurasBrief description of the figures
Otros objetos y ventajas de la presente invención quedarán claros a partir de la siguiente descripción detallada de un ejemplo de realización de la misma (y de sus variaciones) y de los dibujos adjuntos proporcionados con fines meramente ilustrativos y no limitativos, en los que:Other objects and advantages of the present invention will become clear from the following detailed description of an example of embodiment thereof (and its variations) and from the accompanying drawings provided for merely illustrative and non-limiting purposes, in which:
la figura 1 muestra un diagrama de control basado en un ejemplo de implementación de la presente invención;Figure 1 shows a control diagram based on an example implementation of the present invention;
las figuras 2a y 2b muestran dos diagramas de control equivalentes utilizados de manera mutuamente excluyente de acuerdo con otro ejemplo de implementación de la presente invención;Figures 2a and 2b show two equivalent control diagrams used in a mutually exclusive manner according to another example of implementation of the present invention;
la figura 3 muestra, en detalle, un bloque del diagrama de control de la figura 2b.Figure 3 shows, in detail, a block of the control diagram of Figure 2b.
Los mismos números y las mismas letras de referencia en las figuras identifican los mismos elementos o componentes. En el contexto de la invención, el término “segundo” componente no implica la presencia de un “primer” componente. Dichos términos se utilizan solo para mayor claridad y no deben entenderse de manera limitativa.The same numbers and the same reference letters in the figures identify the same elements or components. In the context of the invention, the term "second" component does not imply the presence of a "first" component. Such terms are used only for clarity and should not be understood in a limiting manner.
Descripción detallada de ejemplos de realizacionesDetailed description of examples of embodiments
La figura 1 muestra un ejemplo de un ejemplo de control con un diagrama de bloques.Figure 1 shows an example of a control example with a block diagram.
El control se lleva a cabo de manera recursiva en un tiempo discreto, de acuerdo con la frecuencia de funcionamiento de la unidad de procesamiento ECU que controla el motor de combustión interna.Control is carried out recursively in discrete time, according to the operating frequency of the ECU processing unit that controls the internal combustion engine.
El motor de combustión interna se muestra en la figura 1 con el bloque del motor.The internal combustion engine is shown in Figure 1 with the engine block.
Un sensor de revoluciones, por ejemplo, una rueda fónica aplicada al eje de transmisión proporciona una medición de la velocidad del motor de combustión interna.A revolution sensor, for example a tone wheel applied to the drive shaft, provides a measurement of the speed of the internal combustion engine.
Además, el pedal del acelerador o cualquier dispositivo vehicular adecuado para conferir una velocidad de referencia, por ejemplo, una transmisión robotizada o una toma de potencia, genera la señal de referencia Ref en términos de velocidad objetivo del motor.Furthermore, the accelerator pedal or any vehicle device suitable for conferring a reference speed, for example, a robotic transmission or a power take-off, generates the reference signal Ref in terms of the target engine speed.
La velocidad medida, Speed, se resta de la velocidad objetivo, Reg, generando así un error Err (velocidad)n por medio del primer nodo adicionador S1 a la izquierda en la figura 1.The measured speed, Speed, is subtracted from the target speed, Reg, thus generating an error Err(speed)n by the first adder node S1 on the left in Figure 1.
El mismo valor de error (velocidad) se transmite a la entrada de los bloques P e I, mientras que una señal de velocidad se transmite a la entrada del bloque D proporcionando un control PID.The same error value (speed) is transmitted to the input of the P and I blocks, while a speed signal is transmitted to the input of the D block providing PID control.
Las salidas de los controladores P, I e D convergen en el nodo adicionador S2 a la derecha en la figura 1 para controlar el motor de combustión interna. Generalmente, los controladores reciben señales de velocidad en la entrada y generan señales de control relativas al porcentaje de par motor que el motor debe entregar, con respecto al par motor nominal relativo.The outputs of controllers P, I and D converge on the adder node S2 on the right in Figure 1 to control the internal combustion engine. Generally, controllers receive speed signals at the input and generate control signals relative to the percentage of torque that the motor must deliver, with respect to the relative nominal torque.
La contribución derivada D viene dada por la derivada de velocidad de rotación del motor ASpeed (AVelocidad) multiplicada por un parámetro fijo o ajustable KD.The derivative contribution D is given by the derivative of the motor rotation speed ASpeed (AVelocity) multiplied by a fixed or adjustable parameter KD.
El bloque Sign (Signo) recibe, en la entrada, el error mencionado anteriormente y también la derivada de velocidad ASpeed del bloque derivado D y compara los signos relativos, permitiendo o no permitiendo, por medio del Switch (Conmutador), la salida de la derivada D fluya en el nodo adicionador S2.The Sign block receives, on input, the error mentioned above and also the speed derivative ASpeed of the derived block D and compares the relative signs, allowing or not allowing, through the Switch, the output of the derivative D flows into the adder node S2.
Por lo tanto, cuando el conmutador activa la salida derivada, se obtiene un control PID completo, de lo contrario, se obtiene un control tipo PI.Therefore, when the switch activates the derivative output, you get full PID control, otherwise you get PI type control.
Preferiblemente, el bloque Sign permite la contribución del controlador derivado cuando ambos signos son positivos y también cuando ambos son negativos.Preferably, the Sign block allows contribution from the derived controller when both signs are positive and also when both are negative.
De acuerdo con una variación preferida de la invención, el bloque Sign no solo compara los signos, sino que también verifica que cuando ambos son positivos, el error de velocidad excede un primer umbral positivo predeterminado y la derivada excede un segundo umbral positivo predeterminado. Cuando se cumplen ambas condiciones, en relación con la concordancia de los signos y la superación de los umbrales respectivos, se utiliza la contribución derivada. According to a preferred variation of the invention, the Sign block not only compares the signs, but also verifies that when both are positive, the speed error exceeds a first predetermined positive threshold and the derivative exceeds a second predetermined positive threshold. When both conditions are met, in relation to the agreement of the signs and the exceeding of the respective thresholds, the derived contribution is used.
Por lo tanto, la verificación de que también los umbrales se han excedido (positiva y/o negativamente) representa una condición más restrictiva que la sola concordancia de signos.Therefore, verification that the thresholds have also been exceeded (positively and/or negatively) represents a more restrictive condition than sign agreement alone.
A la inversa, cuando ambos signos son negativos, el bloque Sign verifica que el error de velocidad esté por debajo de un tercer umbral negativo predeterminado y que la contribución derivada esté por debajo de un cuarto umbral negativo predeterminado. Cuando se cumplen ambas condiciones, en relación con la concordancia de los signos y la superación de los umbrales respectivos, se utiliza la contribución derivada.Conversely, when both signs are negative, the Sign block checks that the rate error is below a predetermined third negative threshold and that the derived contribution is below a predetermined fourth negative threshold. When both conditions are met, in relation to the agreement of the signs and the exceeding of the respective thresholds, the derived contribution is used.
Cuando el módulo (valor absoluto) del primer y tercer umbral son iguales entre sí y el segundo y cuarto umbral son iguales entre sí, entonces el bloque Sign habilita dicho control derivado cuando los signos mencionados anteriormente son concordantes, y el valor absoluto del error de velocidad excede un primer umbral predeterminado y el valor absoluto de la derivada de velocidad excede un segundo umbral predeterminado.When the module (absolute value) of the first and third thresholds are equal to each other and the second and fourth thresholds are equal to each other, then the Sign block enables said derived control when the signs mentioned above are concordant, and the absolute value of the error of speed exceeds a first predetermined threshold and the absolute value of the speed derivative exceeds a second predetermined threshold.
En consecuencia, se define un primer intervalo entre el primer y el tercer umbral y un segundo intervalo entre el segundo y el cuarto umbral, en el que el controlador derivado se desconecta del nodo adicionador S2.Accordingly, a first interval is defined between the first and the third threshold and a second interval between the second and the fourth threshold, in which the derived controller is disconnected from the adder node S2.
En una matriz de error de revolución/derivada 3 x 3, se define una llamada “banda inactiva”, en la que el controlador derivado se desconecta del nodo adicionador S2.In a 3 x 3 revolution/derivative error matrix, a so-called “idle band” is defined, in which the derivative controller is disconnected from the adder node S2.
La siguiente tabla muestra un ejemplo de aplicación del mecanismo de activación de la contribución derivada como una función de los signos y los umbrales.The following table shows an example application of the derived contribution activation mechanism as a function of signs and thresholds.
La presencia de un “1” indica que la contribución derivada se agrega en el nodo adicionador S2, mientras que el “0” indica que la contribución derivada no se agrega y, por lo tanto, se desconecta del nodo adicionador S2.The presence of a “1” indicates that the derived contribution is added at the adder node S2, while the “0” indicates that the derived contribution is not added and is therefore disconnected from the adder node S2.
De acuerdo con otra variación preferida de la invención que se combina con cualquiera de las variaciones anteriores, cuando el bloque Sign desconecta la primera salida del control derivado D del segundo nodo adicionador S2, y conecta una segunda salida del control derivado D al controlador integral, en particular al saturador Sat_1 con referencia a la figura 3, que limita la contribución del controlador integral I,According to another preferred variation of the invention that is combined with any of the previous variations, when the Sign block disconnects the first output of the derived control D from the second adder node S2, and connects a second output of the derived control D to the integral controller, in particular to the saturator Sat_1 with reference to figure 3, which limits the contribution of the integral controller I,
La primera salida del control derivado proporciona KD*ASpeed, mientras que la segunda salida proporciona solo ASpeed. The first output of the derived control provides KD*ASpeed, while the second output provides only ASpeed.
Por lo tanto, las figuras 2a y 2b corresponden a las disposiciones equivalentes existentes cuando el bloque Sign activa o desactiva respectivamente la conexión de la salida de control derivada con el segundo nodo adicionador S2.Therefore, Figures 2a and 2b correspond to the equivalent arrangements existing when the Sign block respectively activates or deactivates the connection of the derived control output with the second adder node S2.
Por lo tanto, la contribución integral se satura de acuerdo con una función F(Err, ASpeed) del error de velocidad Err y de la derivada de velocidad.Therefore, the integral contribution saturates according to a function F(Err, ASpeed) of the speed error Err and the speed derivative.
La presencia de un “-1” indica que la contribución derivada no se utiliza para el control del motor, de acuerdo con la variación actual, y una segunda salida del bloque derivado, que genera la derivada de la velocidad de rotación del motor ASpeed, interactúa con el saturador del controlador integral como se describe a continuación. The presence of a “-1” indicates that the derived contribution is not used for motor control, according to the current variation, and a second output of the derived block, which generates the derivative of the motor rotation speed ASpeed, interacts with the integral controller saturator as described below.
También para permitir la interacción del bloque derivado (ASpeed) con el saturador en el controlador integral, se pueden establecer umbrales que el error de velocidad y la derivada de velocidad deben superar (tanto positiva como negativamente), la banda inactiva antes mencionada se define simétrica con respecto a las dos diagonales principal y secundaria de la matriz cuadrada.Also to allow the interaction of the derivative block (ASpeed) with the saturator in the integral controller, thresholds can be set that the speed error and the speed derivative must exceed (both positively and negatively), the aforementioned deadband is defined symmetrical with respect to the two main and secondary diagonals of the square matrix.
Un controlador integral I (tiempo discreto), de acuerdo con una variación preferida de la presente invención, puede esquematizarse, con referencia a la figura 3, como una memoria que contiene un valor Int-1 generado por el mismo controlador integral I como en el paso anterior (por lo tanto, “Int-1” indica que se genera en “step-1”), a lo que se añade iterativamente el valor actual del error de velocidad Err, por medio del nodo agregador S3, multiplicado convenientemente por el coeficiente integral KI, por medio del nodo multiplicador M1. El resultado de la suma, llevado a cabo por el nodo agregador S3, representa la salida del controlador integral I, es decir, la señal de control mencionada anteriormente, y simultáneamente la entrada Int-0 de la Memoria (es decir, en el paso “step-0” es decir, el paso actual) que lo almacena para el paso de integración posterior.An integral controller I (discrete time), according to a preferred variation of the present invention, can be schematized, with reference to Figure 3, as a memory containing a value Int-1 generated by the same integral controller I as in previous step (therefore, “Int-1” indicates that it is generated in “step-1”), to which the current value of the speed error Err is iteratively added, by means of the aggregator node S3, conveniently multiplied by the integral coefficient KI, through the multiplier node M1. The result of the addition, carried out by the aggregator node S3, represents the output of the integral controller I, that is, the control signal mentioned above, and simultaneously the input Int-0 of the Memory (that is, in step “step-0” i.e. the current step) which stores it for the subsequent integration step.
El saturador Sat_1, de acuerdo con la presente invención, está dispuesto entre el nodo agregador S3 y la entrada del bloque Memory, de modo que la limitación se realiza no solo en la salida del controlador integral, sino también en el bloque Memory (Memoria) contenido en él.The saturator Sat_1, according to the present invention, is arranged between the aggregator node S3 and the input of the Memory block, so that the limitation is performed not only at the output of the integral controller, but also at the Memory block. contained in it.
De acuerdo con una variante preferida de la invención, el saturador Sat_1 realiza una saturación simétrica relativa a cero y el módulo de saturación viene dado por la siguiente fórmula:According to a preferred variant of the invention, the saturator Sat_1 performs a symmetrical saturation relative to zero and the saturation modulus is given by the following formula:
Donde:Where:
RadQ representa la raíz cuadrada del operadorRadQ represents the square root of the operator
Exp representa el exponencialExp represents the exponential
|Err| representa el módulo del error de velocidad Err descrito anteriormente|Err| represents the magnitude of the speed error Err described above
|ASpeed| representa el módulo de la derivada de velocidad del motor ASpeed (AVelocidad).|ASpeed| represents the module of the motor speed derivative ASpeed (AVelocity).
K, A y B representan valores constantes.K, A and B represent constant values.
La derivada de velocidad del motor se puede expresar mediante la ecuación de Newton:The speed derivative of the motor can be expressed by Newton's equation:
A S p e e d = Costo * [(Par motor proporcionado por el motor) -(Par motor resistente debido a cargas externas)]A S p e e d = Cost * [(Motor torque provided by motor) -(Resisting torque due to external loads)]
Donde el Cost (Costo) generalmente es el recíproco del momento de inercia J del motor de combustión interna.Where Cost is generally the reciprocal of the moment of inertia J of the internal combustion engine.
Las cargas externas incluyen, por ejemplo, la pendiente del camino recorrida por el vehículo guiado por el motor de combustión interna o el par motor resistente ofrecido por un generador eléctrico, un compresor o una bomba conectada a una TDF (toma de potencia) relativa.External loads include, for example, the slope of the road traveled by the vehicle guided by the internal combustion engine or the resistant torque offered by an electric generator, a compressor or a pump connected to a relative PTO (power take-off).
El bloque CALC basado en las entradas:The CALC block based on the inputs:
Error de velocidad ErrSpeed error Err
Derivada de velocidad ASpeed (AVelocidad),Speed derivative ASpeed (AVelocity),
aplica la fórmula mencionada anteriormente calculando el módulo de saturación |Saturation|.applies the formula mentioned above by calculating the saturation modulus |Saturation|.
El bloque CALC tiene dos salidas, cada una dirigida a las dos entradas: alta y baja del saturador Sat_1.The CALC block has two outputs, each directed to the two inputs: high and low of the Sat_1 saturator.
Una saturación positiva o negativa solo se aplica cuando los signos Err y ASpeed son discordantes, de lo contrario la señal se satura a /- 100 % de la autoridad del actuador.A positive or negative saturation is only applied when the Err and ASpeed signs are discordant, otherwise the signal saturates to /- 100% of the actuator authority.
Un segundo saturador Sat_2 se organiza preferentemente entre el nodo multiplicador M1 y el nodo adicionador S3, para limitar la señal de control a 100 % y -100 % de la llamada “authority of the actuator” (“autoridad del actuador”). Las razones para la implementación de las saturaciones a la autoridad del actuador son conocidas por una persona experta en la técnica y están sustancialmente destinadas a evitar que se solicite innecesariamente un rendimiento del actuador (Motor) que exceda las características nominales relativas. En este caso, el actuador es el motor de combustión interna Engine que no puede proporcionar más del par motor nominal relativo en el mapa de velocidad relativa/par motor nominal. A second saturator Sat_2 is preferably arranged between the multiplier node M1 and the adder node S3, to limit the control signal to 100% and -100% of the so-called “authority of the actuator”. The reasons for the implementation of saturations to the authority of the actuator are known to a person skilled in the art and are substantially intended to avoid unnecessarily requesting a performance of the actuator (Motor) that exceeds the relative nominal characteristics. In this case, the actuator is the internal combustion engine that cannot provide more than the relative rated torque in the relative speed/rated torque map.
De acuerdo con una variación preferida de la invención, la fórmula antes mencionada se implementa en el bloque CALC mediante una Tabla de búsqueda, con la ventaja de una mayor flexibilidad, ya que permite modificar los coeficientes de la tabla misma, introduciendo desviaciones de la salida de la fórmula antes mencionada, que son más adecuados para el motor de combustión interna específico. Además, la Tabla de búsqueda permite una reducción de la carga informática. According to a preferred variation of the invention, the aforementioned formula is implemented in the CALC block using a Lookup Table, with the advantage of greater flexibility, since it allows modifying the coefficients of the table itself, introducing deviations from the output of the aforementioned formula, which are more suitable for the specific internal combustion engine. Additionally, the Lookup Table allows for a reduction in computing load.
A continuación se muestra un ejemplo de Tabla de consulta con |ASpeed| y |Err| como entradas.Below is an example of Lookup Table with |ASpeed| and |Err| as inputs.
Los valores mostrados en la matriz, por ejemplo 5 x 5, en la tabla anterior son los considerados óptimos para una implementación de la presente invención. Sin embargo, pueden ser apropiadamente variados.The values shown in the matrix, for example 5 x 5, in the table above are those considered optimal for an implementation of the present invention. However, they can be appropriately varied.
Dichos valores son positivos cuando el error Err es negativo y ASpeed es positivo, mientras que cada uno de los valores mostrados en la tabla se multiplica por “-1” cuando Err es positivo y ASpeed es negativo.These values are positive when the error Err is negative and ASpeed is positive, while each of the values shown in the table is multiplied by “-1” when Err is positive and ASpeed is negative.
En otras palabras, el saturador Sat_1 es simétrico con respecto a cero y cuando el error es negativo y ASpeed es positivo, indica la manipulación de la porción superior (positiva) del saturador (limitación superior); a la inversa, cuando Err es positivo y ASpeed es negativo, indica la manipulación de la parte inferior (negativa) del saturador (limitación inferior). In other words, the Sat_1 saturator is symmetric about zero and when the error is negative and ASpeed is positive, it indicates manipulation of the upper (positive) portion of the saturator (upper bounding); conversely, when Err is positive and ASpeed is negative, it indicates manipulation of the lower (negative) part of the saturator (lower limiting).
El método actual se puede implementar ventajosamente mediante una unidad de procesamiento ECU (Engine Control Unit, Unidad de Control del Motor) para controlar el motor de combustión interna, que procesa la información sobre la velocidad del motor y la presión en el pedal del acelerador o las solicitudes de revoluciones o par motor de otros dispositivos y, por lo tanto, controla el motor de combustión interna como se ha descrito anteriormente.The current method can be advantageously implemented using an ECU (Engine Control Unit) processing unit to control the internal combustion engine, which processes information about engine speed and pressure on the accelerator pedal or the engine revolutions or torque requests from other devices and therefore controls the internal combustion engine as described above.
La presente invención puede llevarse a cabo ventajosamente a través de un programa informático que comprende medios de codificación para la realización de uno o más pasos del método, cuando este programa se ejecuta en un ordenador. Por consiguiente, se entiende que el ámbito de protección se extiende a dicho programa informático y también a los medios legibles por ordenador que comprenden un mensaje grabado, dichos medios legibles por ordenador que comprenden medios de codificación de programas para la realización de uno o más pasos del método, cuando dicho programa se ejecuta en un ordenador.The present invention can be carried out advantageously through a computer program that comprises coding means for carrying out one or more steps of the method, when this program is executed on a computer. Consequently, it is understood that the scope of protection extends to said computer program and also to computer-readable media comprising a recorded message, said computer-readable media comprising program coding means for carrying out one or more steps of the method, when said program is executed on a computer.
Las variaciones de realización del ejemplo no limitante descrito son posibles, sin apartarse del alcance de la presente invención definida por las reivindicaciones. Variations in the embodiment of the non-limiting example described are possible, without departing from the scope of the present invention defined by the claims.
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