Description: Der aktuell in der Forschung untersuchte Ansatz zur Regelung der Niedertemperaturverbrennung (NTV) ist die zyklusbasierte Regelung. Diese Regelung erlaubt eine Stabilisierung der NTV allerdings nur in einem sehr eingeschränkten Kennfeldbereich. Mit einer zyklusbasierten Regelung können nur zyklusintegrale Systemdynamiken und Störgrößen kontrolliert werden. Die für die Stabilität und Emissionsentstehung der NTV relevanten chemisch, physikalischen Prozesse, die auf innerzyklischen Zeitskalen ablaufen, können nicht beeinflusst werden. Aus diesem Grund untersucht das TP1 die Multiskalenregelung, um auch die kleineren Zeitskalen berücksichtigen zu können. Es wird erwartet, dass mit erfolgreicher Regelung auf diesen kritischen Zeitskalen der Kennfeldbereich deutlich ausgeweitet, der Wirkungsgrad verbessert und die Schadstoffemissionen reduziert werden können. Die Multiskalenregelung stellt für die Lösung dieses Problems Neuland dar. Hierbei werden die motorischen NTV-Prozesse PCCI und GCAI betrachtet. In TP1 wird die Reglerarchitektur für die Multiskalenregelung bestehend aus der Kombination von Zyklus-zu-Zyklus Regelung und einem In-Zyklus-Regler entwickelt. Um der komplexen nichtlinearen Mehrgrößen-Systemdynamik Rechnung zu tragen, sollen auf einem Modell des Prozesses beruhende optimierungsbasierte Verfahren angewendet werden. Hierfür werden die in TP2 für zyklische Prozesse entwickelten numerischen Methoden zur iterativ lernenden nichtlinearen modellbasierten prädiktiven Regelung (IL-NMPC) als Grundlage verwendet. Prozessspezifisch erfolgt eine Analyse und Bewertung möglicher Stell- und Regelgrößen sowie die Aufteilung dieser Größen auf die verschiedenen Zeitskalen. Darüber hinaus werden auch geeignete Formulierungen der Optimierungsaufgabe untersucht. Die reglerinternen Modelle werden in TP1 in Zusammenarbeit mit TP3 für den GCAI- und mit TP4 für den PCCI-Prozess erarbeitet. Während sich diese beiden Teilprojekte auf die physikalische Modellierung und die quantitative Beschreibung des Prozesses konzentrieren, liegt der Fokus von TP1 darauf, die dort erarbeiteten Beschreibungsformen in eine regelungstechnisch effektiv verwendbare Struktur zu bringen. Hierfür sollen physikalisch motivierte Grey-Box-Modelle entstehen. Zudem werden Störgrößenmodelle entwickelt, die vor dem Hintergrund physikalischer und systemtheoretischer Überlegungen aufgestellt werden sollen. Abschließend werden die entwickelten Regelalgorithmen gemeinsam mit TP3 und TP4 an den jeweiligen Motorenprüfständen validiert. Entscheidende Kriterien stellen dabei der abdeckbare Kennfeldbereich, in dem ein stabiler Betrieb und transiente Lastprofile realisiert werden können, sowie das Potential zur Emissionsreduktion und Wirkungsgradsteigerung dar.
Types:
SupportProgram
Tags:
Schweiz
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Regeltechnik
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Schadstoffemission
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Temperatur
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Verbrennung
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Verfahrensoptimierung
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Berechnungsverfahren
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Emissionsminderung
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Physikalisches Modell
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Strömungsmechanik
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Wirkungsgrad
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Modellierung
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Chemische Reaktion
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Zusammenarbeit
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Physikalischer Vorgang
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Effizienzsteigerung
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Automatisierungstechnik
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Brennprozess
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Cyber Physical Systems
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Mechatronik
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Optimieren der Fahrweise
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Robotik
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License: Creative Commons Namensnennung-keine Bearbeitung-Nichtkommerziell 4.0
Language: Deutsch
Organisations
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Deutsche Forschungsgemeinschaft (Finanzielle Förderung)
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Eidgenössische Technische Hochschule Zürich, Institute for Dynamic Systems and Control (Projektverantwortung)
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RWTH Aachen University, Lehrstuhl und Institut für Regelungstechnik (Mitwirkung)
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Umweltbundesamt (Bereitstellung)
Last harvest: 17.09.2026 23:53
Time ranges:
2016-01-01 - 2026-09-29
Alternatives
-
Language: Englisch/English
Title: Research group FOR 2401: Optimization-Based Multiscale Control of Low-Temperature Combustion Engines; Sub project: Multiscale-control of low-temperature combustion
Description: A state-of-the-art approach for closed-loop control of low temperature combustion processes are cycle-based control algorithms. However, these approaches allow only a stable operation in a very limited engine-map. Cycle-based controllers act such that only the system dynamics and disturbances which occur at a cycle-averaged time scale can be controlled. The relevant physico-chemical processes determining the stability and emissions characteristics of low temperature combustion, which proceed on a inner-cyclic time-level, can't be controlled. For this reason TP1 investigates multiscale control algorithms, to also control the smaller time scales. It is expected that a successful control of these critical time scales allows for distinct enlarging of the operating range, increase of efficiency and reduction of pollutant emissions. The multiscale control is a novel approach. In TP1 the control architecture of the multiscale control is developed for the low temperature combustion engine processes PCCI and GCAI. It consists out of two parts, the cycle-to-cycle based control and the in-cycle control. To account for the complex, nonlinear multi-input multi-output system dynamics, optimization based techniques are applied, which rely on a model of the controlled process. For designing the controller the developed numerical methods for iterative learning nonlinear modelbased predictive control (IL-NMPC) tailored for cyclic processes from TP2 are used as basis. For the specific process possible manipulated and controlled variables are analyzed and evaluated. Special attention shall be paid on the allocation of these variables to the inner-cyclic and the cycle-to-cycle controllers. Furthermore suitable formulations of the optimization problem itself will be investigated. The models necessary for the design of the multiscale control will be gained in a collaboration with TP3 for the GCAI and with TP4 for the PCCI process. While these two subprojects focus on the physical modeling of the process, TP1 focusses on transforming these models into an effective model applicable for real time optimization. For this purpose physical motivated grey-box-models shall be developed. Furthermore the development of disturbance models based on physical and system theoretical considerations is part of the project. The developed control algorithms are validated at the combustion engine test benches together with TP3 and TP4. Criteria to evaluate the control concepts will be the potential for increasing efficiency and reduction of pollutant emissions as well as the size of the engine-map, where stable and load transient operation can be realized.
URL: https://ufordat.uba.de/UFORDAT/pages/PublicRedirect.aspx?TYP=PR&DSNR=1073140
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