CONTROL DE UN MOTOR DE COMBUSTIÓN INTERNA POR MODOS DESLIZANTES DE ALTO ORDEN

Abstract

En este trabajo, se diseña un controlador para mantener la mezcla aire-combustible (representado por λ) en un motor de combustión interna con encendido por chispa, con la finalidad de incrementar la eficiencia en el consumo de combustible y la reducción de emisiones de gases contaminantes a la atmósfera. La metodología de control propuesta se basa en el modelo de valor promediado isotérmio del motor de combustión interna( MVEM por sus singlas en inglés ) desarrollado por Elbert Hendriks y en un algoritmo de control de modos deslizantes super-twisting que resulta ser robusto a perturbaciones en el subespacio de control y elimina el problema de hatering presente en la técnica de modos deslizantes clásica. En este trabajo se presentan dos estrategias de control nombradascomo control tipo I y control tipo II. El controlador tipo I se diseño de tal manera que la acción decontrol m˙ fi depende de esta misma y a su vez de su derivada en la dinámica de λ, mientras que elcontrolador tipo II solo depende de su derivada, lo que dificulta el cumplimiento de los objetivos deontrol. Para soluionar esto, los términos desconocidos mencionados anteriormente son estimados por medio de una bien conocida técnica de diferenciación robusta por modos deslizantes los cuales son retro-alimentados hacia el algoritmo de control. Para solucionar el retardo en la medición en el sensor universal de gases de escape (UEGO por sus siglasen inglés) debido al proceso de combustión y la transportación de gases, el retardo en el dominio de la frecuencia es aproximado por medio del método de Padé el cual resulta en una función de transferencia. Esta función de transferencia se lleva a una representación de espacio de estados con la finalidad de diseñar un observador basado en un algoritmo de modos deslizantes super-twisting, donde el factor λ actual es finalmente determinado por medio de un método de control equivalente que luego es retro-alimentado. Para este trabajo se proponen dos diseños de observadores para la estimación de λ, uno con una aproximación de segundo orden y otro de tercero. Otra variable a estimar es la eficiencia volumétrica en el motor (representada por la variable ev) la cual se estima a través de un observador basado nuevamente en la técnica de modos deslizantes super-twisting. Finalmente las simulaciones se llevaron acabo utilizando un modelo matemático de valor promediado. Estecapítulo se secciona en tres partes. La primera parte es una comparación entre los dos esquemas decontrol diseñados para elegir el mas efciente frente a ambios de apertura en el acelerador del motor. La segunda parte es una análisis entre los dos diseños de observadores para observarccual es más preciso al estimar la variable λ. La tercera parte es un análisis final, donde el esquema de control elegido se añade al observador de λ con el mejor desempeño y al observador de la variable ev, y se prueban con perturbaciones en las entradas de control, simulando un mal funcionamiento en los sensores del motor.