Decoupled control for internal combustion engines research test beds

Abstract

RESUMEN: This article presents a solid and robust automation model which has been developed and implemented in two different research engine test beds which were instrumented, one for diesel and the other one for spark ignition engines. The model, programmed in Matlab, is based on transfer functions with a decoupled (two single input single output systems) independent proportional and integral action controller that allows setting the desired engine speed and torque under stationary operation conditions. It was implemented in a Freescale HC08 family microcontroller external to the PC in order to avoid the risk of losing control during undesirable communication delays on the computer. The model has been validated in a wide range of engine operating modes, from low to high speeds and loads showing a good response. The first order transfer functions with delay have proven to be a good approximation even during the nonlinearities caused by turbocharger and electronic control unit incorporated in the engines. This low cost automation system has been tested for the last three years in a university engine laboratory showing a good performance.

ABSTRACT: En este artículo se presenta un modelo de automatización sólido y robusto, que ha sido desarrollado e implementado en bancos de ensayo debidamente instrumentados, usados para investigación tanto en motores diesel como de encendido por chispa. El modelo, programado en Matlab, está basado en funciones de transferencia con un controlador proporcional e integral desacoplado (dos sistemas de una entrada y una salida) que permite fijar las condiciones de operación estacionarias de régimen y par motor deseadas. El modelo se implementó en un microcontrolador de la familia Freescale HC08 externo al computador, con el objeto de evitar el riesgo de pérdida del control por eventuales retardos en la comunicación con el computador. El modelo ha sido validado en un amplio rango de modos de operación que van desde bajas hasta elevadas velocidades y cargas mostrando una respuesta apropiada. El uso de funciones de transferencia de primer orden con retardo probó ser una buena aproximación aún en presencia de las no linealidades generadas por el turbocompresor y la unidad de control electrónica de los motores. Este sistema de automatización de bajo costo ha sido probado durante los últimos tres años en un laboratorio de motores universitario mostrando excelente desempeño.