Introduction au contrôle moteur et problématique de la thèse 11
Emergence et fonction du contrôle moteur
La gestion de ces demandes et le contrôle des différents actionneurs est confié à une unité électronique/électrique embarquée sur le véhicule, appelée contrôle moteur. Pour rappeler le contexte historique qui favorise l'intégration du contrôle moteur à l'intérieur d'un véhicule, on peut dire que l'introduction de ce dispositif a été initialement choisie au sein d'une configuration essence principalement pour des consommations systémiques et des restrictions de consommation. À partir de là, le contrôle de cette quantité devient naturellement un problème secondaire au sein d’une configuration diesel, qui est pris en charge par le contrôle moteur.
Pour produire l'énergie nécessaire à la traction du véhicule, conformément aux souhaits du conducteur, le contrôleur moteur pilote les composants électriques commandables du producteur de couple, quelle que soit leur nature. Dans un moteur diesel par exemple, la commande moteur contrôle l'injection, le turbocompresseur, la vanne EGR, etc. On parle alors de fonction de commande moteur, qui inclut donc la commande de tous les organes moteurs.
À la lumière de ces nouvelles données, le développement des lois de commande dans la gestion moteur a progressivement pris une place de plus en plus importante dans le processus de conception des véhicules, motivé également par l'augmentation des performances des ordinateurs de bord. La dernière partie de ce chapitre expliquera la problématique de la thèse, tout en la plaçant par rapport au contrôle moteur conventionnel.
Description du contrôle moteur
Par rapport à la définition des couches de GMP, donnée dans le paragraphe précédent, c'est la structure de paire qui en est responsable. La quantité considérée dans les étages supérieur et inférieur de la structure de couple correspond, respectivement, à un couple moteur effectif (CME) et à un couple moteur indiqué (CMI). La figure ci-dessous illustre clairement l'organisation interne de la structure de couple et son positionnement au sein d'une commande moteur classique.
Toute fonction appartenant à la structure de couple a un niveau de priorité, dépendant directement de sa position relative au sein de la structure. Cette fonction s'effectue au sein de la structure par paire en association avec la fonction "Easy Move". Son rôle est de limiter le couple moteur en fonction du rapport de transmission et de la valeur du régime moteur.
Ce bloc correspond à l'avant-dernier bloc de la structure couple et intervient immédiatement après la fonction "coordination ralenti/antiblocage BVM". Le diagramme de la Figure I.4 illustre la structure de commande en boucle ouverte considérée au sein de la couche moteur.
Problématique et son positionnement par rapport à un contrôle moteur
- Conception du contrôle moteur
- Problématique et les prémisses de sa solution..................................................3 7
La figure I.10 explique l'antagonisme entre consommation et pollution en fonction de la valeur de l'angle de pré-allumage αi. Cependant, ces modèles sont très complexes et rarement utilisés dans la synthèse de lois de commande. Le fait qu’il soit réactif et réactif aux futures demandes de couple du moteur pourrait être considéré de manière positive du point de vue de la dynamique du couple.
D'un point de vue dynamique du couple, on peut limiter macroscopiquement la production de couple au sein d'un moteur diesel à deux facteurs principaux, à savoir : Au sein d'un moteur essence on retrouve les quatre étages (admission, compression, combustion-détente et échappement). Dès lors, une variation de la quantité de carburant autorisée permet de remplacer ce procédé.
Du point de vue de la dynamique du couple, nous dirons que le couple du moteur est obtenu à partir de la combinaison d'un couple lent et rapide, fournis respectivement par le contributeur lent et rapide du producteur de couple en question. Enfin, le schéma complet de la nouvelle architecture de contrôle moteur est donné dans la Figure I.15.
La commande optimale
- La norme H 2
- Rappel de principes fondamentaux
- Commande optimale linéaire quadratique
Ainsi, le taux H2 de G s( ) peut être interprété comme l'énergie de la réponse impulsionnelle (la somme des énergies des réponses impulsionnelles associées à chaque transfert Gij dans le cas multivariable). Ce critère quadratique impliquant des matrices de pondération sur l'état ou les entrées d'un système à contrôler est largement utilisé dans le cadre du contrôle quadratique linéaire (LQ) introduit par Kalman. Rappelant ces notions familières, nous nous concentrerons dans le paragraphe suivant sur la solution d'un problème de contrôle spécifique, appelé LQ à horizon limité.
En fait, la solution du problème LQ à horizon fini sous contraintes inhomogènes a été proposée, de manière non explicite, par [BDRRZ90] traitant d'un problème de suivi. C’est plutôt le cadre de contrôle LQ à horizon fini des systèmes non homogènes qui nous intéresse ci-dessous. La solution du problème LQ à horizon infini est obtenue, lorsqu'elle existe (cf. l'hypothèse de stabilité) par l'équation algébrique de Riccati (2.37).
Le problème de régulation LQ à horizon fini est classiquement défini par la minimisation du critère (2.39). Basé sur le développement et les résultats de la théorie du contrôle LQ introduite dans
Commande LQ avec anticipation
- Problème de régulation avec correction anticipée et sa solution
- Problème de suivi de consigne (avec action anticipée)
Cette solution est obtenue comme cas particulier du Théorème II.1 (minimisation de (2.28) sous la contrainte (2.27)), sous l'hypothèse qu'à l'instant tf → ∞ l'état d'équilibre du système est atteint (x t( )f = 0). Si la connaissance a priori du futur du signal exogène a été traitée dans le cadre d'un problème LQ à horizon fini (énoncé II.1) et infini (corollaire II.3), il faudra par la suite considérer le cas où l'on on s'attendait certes à une connaissance du signal exogène, mais sur un horizon limité, inférieur à l'horizon du critère. Contrairement à la situation du théorème II.1, on suppose que la perturbation n’est connue que dans un futur proche (son passé est résumé dans l’état initial x0).
En supposant qu'à l'instant t l'information (x t w t( ), p( )) est connue, le problème de contrôle LQ avec connaissance attendue des perturbations consiste alors à déterminer la loi de contrôle optimale en fonction du critère. L'analyse de cette solution montre que la loi de commande optimale exploite la connaissance attendue du signal w t( ) via le terme direct. Dans cette section, nous nous intéressons au problème de suivi prédictif des commandes, formulé comme le problème LQ avec intégrale d'action (LQI).
Par conséquent, le problème de surveillance de la consigne LQI (à consigne connue à l'avance sur l'horizon τa) associé au processus ( )∑p se révèle équivalent au problème de régulation LQ avec une connaissance attendue de la perturbation définie au §II 2.1 cette fois pour le modèle avec différences ( )∑E . Carte de contrôle utilisant l'approche du modèle d'écart. Notez que dans le graphique de la figure II.1, le transfert GFIR est défini par . La solution est alors obtenue par simple application du théorème II.2, et l'expression analytique de la commande sera de la forme (2.53).
Conformément au résultat du théorème II.2, le terme de précompensation uff s’appliquera ici à l’entrée exogène zɺref( )t sous la condition de l’existence de zɺref( )t à l’horizon d’anticipation 0,τa. De manière similaire au développement effectué au §II.2.1, on obtient une loi de commande de la forme. Pour l’instant, la solution au problème de régulation LQ a été abordée avec anticipation au début de ce chapitre.
Les résultats de cette première analyse ont permis, dans un deuxième temps, de développer en anticipation l'expression analytique de la loi de commande pour un problème spécifique de surveillance de consigne LQ. En particulier, cette procédure a permis de traduire de manière anticipative le problème de surveillance de la consigne LQ en un problème de contrôle similaire. Partant des développements réalisés sur la commande LQ, nous examinerons ensuite avec anticipation le cadre spécifique de la commande H2.
Commande H 2 avec anticipation
- Positionnement bibliographique
- Formalisation et solution du problème H 2 -FI avec anticipation
- Problème H 2 -FI avec anticipation et compensation prédictive
Implémentation du contrôle H 2 avec anticipation
- Approximation par la règle de Simpson
- Approximation par discrétisation
- Approximation rationnelle
- Illustration
Historiquement, la conception du contrôle moteur s’est organisée autour d’une logique organique, centrée sur la composition matérielle de la chaîne de production du couple. Nous avons ensuite montré que la solution au problème de contrôle de H2 avec anticipation consistait en un rendement d'état LQ "classique" d'une part, et en un terme permettant de prendre en compte la perturbation sur l'horizon d'anticipation qui est retenu. D'un point de vue microscopique, le premier niveau de contrôle consiste en une structure de couple et un contrôle de la transmission automatique.
Macroscopiquement, deux voies de contrôle importantes peuvent être distinguées au sein d'un moteur diesel, à savoir le contrôle du cycle de l'air et la quantité de carburant. Selon la nature du problème considéré, d'autres relations supplémentaires peuvent également être spécifiées. Dans le domaine de l'analyse numérique, il existe plusieurs variantes de la règle de Simpson.
Contrôle hiérarchisé basé sur la prédiction et l’anticipation
Introduction à la commande hiérarchisée
- Emergence de la commande hiérarchisée
- Les classes d’architectures de la commande hiérarchisée
- Commande prédictive hiérarchisée
Commande hiérarchisée avec prédiction et anticipation
- Contrôle en couple d’un moteur à allumage commandé
- Commande prédictive pour les systèmes à retard sur l’entrée
Application à la régulation de vitesse véhicule
- Interface enrichie entre les niveaux de commande
Le modèle global simplifié du moteur essence est représenté par le schéma de la figure III.7.
Commande prédictive sous contraintes
Introduction à la commande prédictive
- Origines
- Commande prédictive implicite et commande prédictive explicite
- Emergence de la commande prédictive à temps continu
Commande prédictive à temps continu sans et avec contraintes
- Préliminaires
- Problème de commande MPC
- Solution approché par l’approximant de Laguerre
Commande prédictive à temps continu avec anticipation
- Reformulation du critère MPC
- Solution approchée par approximation de Laguerre
- Exemple académique
Application : commande MPC avec anticipation d’un moteur à allumage
- Modèle simplifié du moteur à allumage commandé
- Cahier des charges
- Conception d’un contrôle prédictif en couple
- Résultats de simulation
Le niveau bas, appelé strate moteur, assure le contrôle précis des actionneurs et assure la gestion optimale des différents contributeurs, en fonction des demandes de couple (consignes). Dans ce contexte et dans ce but, cette thèse inventorie et examine différentes possibilités offertes par la théorie du contrôle : contrôle hiérarchique, contrôle optimal, contrôle prédictif, contrôle anticipatif. Après un aperçu des avantages et des limites de l'architecture actuelle, nous exposons la problématique et les objectifs de la thèse.
Pour ce faire, un problème de contrôle de la vitesse du véhicule est résolu en synthétisant un contrôle basé sur la prédiction pour les systèmes à retard d'entrée au niveau de la couche GMP et un contrôle H2 avec anticipation au niveau de la couche moteur. La loi de commande considérée est obtenue par projection de la dérivée du signal de commande u tɺ( ) à partir de fonctions orthonormées. Si le rôle principal d'un producteur de couple, quel que soit son type, est d'alimenter la chaîne de traction pour assurer la traction du véhicule, il est courant d'utiliser cette même source d'énergie pour produire la puissance nécessaire au vu des demandes à venir. de différents consommateurs et agences.
Si le problème de consommation ne se pose pas dans un moteur diesel, étant donné que la combustion au sein de cette structure s'effectue pour un mélange carburant/comburant relativement pauvre, on peut dire que l'excès de la quantité de comburant de l'air par rapport à la proportion de carburant qui pénètre dans les cylindres provoque cependant des émissions de particules importantes. En revanche, pour maintenir un niveau de performances acceptable pour les moteurs diesel, la suralimentation est entretenue par la quantité d'air frais apportée pour permettre une combustion à des pressions plus élevées, synonyme d'un couple moteur important.
Introduction au contrôle moteur
- La strate groupe motopropulseur
- La strate moteur
- Détermination expérimentale des cartographies moteur
- Modélisation des moteurs thermiques
- Problématique et les prémisses de sa solution
- Problématique
- Vers une solution générique
- Solutions envisageables
- Le moteur à essence et son contrôle en couple