Kesir Dereceli PID Denetleyici Kullanarak İçten Yanmalı Motorlarda Otonom Termal Yönetim Sistemi Tasarımı

Bu çalışmada, kesir dereceli PID (FOPID) tipi kontrolcülerin içten yanmalı motorlarda bağımsız soğutma sistemi için tasarımı gerçekleştirilmiştir.  Önerilen kontrol stratejisinde kontrolcü parametrelerinin belirlenmesinde doğrusal olamayan optimizasyon tekniği kullanılmıştır. Otonom motor soğutma şeklinde isimlendirilen bu sistem, geleneksel sisteme göre optimal ısı yönetimi bakımından üstün bir performans sağlar. Tasarımda öncelikle soğutma sisteminin matematiksel modeli elde edilmiştir. Sonrasında soğutma sistemi bileşenleri için önerilen kontrol stratejisi hem sabit ve hem de geçici motor çalışma koşulları için test edilmiştir. Sabit çalışma koşullarında kontolcü sayesinde motor çıkış sıcaklığını izeleme hatası 0,0248 ve değişken koşullarda ise sıcaklık izleme hatası ise 2,108 elde edilmiştir.

The Design of Autonomous Thermal Management System For An Internal Combustion Engine Using Fractional Order PID Controller

In this study, the fractional order PID type controller is designed an independent cooling system for internal combustion engines. Nonlinear optimization technique is used to determine the controller parameters in the proposed strategy. The system is named as autonomous engine cooling system and it provides a superior performance in terms of optimal thermal management compared to conventional systems. Fistly, the mathematical model of engine thermal system is derived. Next, in order to adjust cooling system electromechanical components, the proposed control strategy is tested both steady and transient engine operating conditions. In the steady state operating conditions, engine output temperature tracking error is 0,0248and the tracking error is obtained 2.108 ℃, in variable temperature conditions.

___

  • Allen, D. J., & Lasecki, M. P. (2001). Thermal Management Evolution and Controlled Coolant Flow. https://doi.org/10.4271/2001-01-1732
  • Bequette, B. W. (2019, September 2). Process control practice and education: Past, present and future. Computers and Chemical Engineering, Vol. 128, pp. 538–556. https://doi.org/10.1016/j.compchemeng.2019.06.011
  • Boudjehem, B., & Boudjehem, D. (2013). Fractional order controller design for desired response. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers. Part I: Journal of Systems and Control Engineering. https://doi.org/10.1177/0959651812456647
  • Büche, D., Stoll, P., Dornberger, R., & Koumoutsakos, P. (2002). Multiobjective evolutionary algorithm for the optimization of noisy combustion processes. IEEE Transactions on Systems, Man and Cybernetics Part C: Applications and Reviews, 32(4), 460–473. https://doi.org/10.1109/TSMCB.2002.804372
  • Castiglione, T., Pizzonia, F., & Bova, S. (2016). A Novel Cooling System Control Strategy for Internal Combustion Engines. https://doi.org/10.4271/2016-01-0226
  • Chiara, F., & Canova, M. (2013). A review of energy consumption, management, and recovery in automotive systems, with considerations of future trends. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part D: Journal of Automobile Engineering, 227(6), 914–936. https://doi.org/10.1177/0954407012471294
  • Choi, K.-W., Kim, K.-B., & Lee, K.-H. (2009). Effect of New Cooling System in a Diesel Engine on Engine Performance and Emission Characteristics. SAE International Journal of Engines, 2(1), 77–82. https://doi.org/10.4271/2009-01-0177
  • Dumlu, A., & Ayten, K. K. (2018). Bir Otonom Elektrikli Tekerlekli Sandalyenin Hesaplamalı Tork Kontrol Yöntemiyle Yörünge Kontrolünün Gerçekleştirilmesi. Erzincan Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi. https://doi.org/10.18185/erzifbed.382359
  • Eberth, J. F., Wagner, J. R., Afshar, B. A., & Foster, R. C. (2004). Modeling and Validation of Automotive “Smart” Thermal Management System Architectures. https://doi.org/10.4271/2004-01-0048
  • Fleming, P. J., & Purshouse, R. C. (2002). Evolutionary algorithms in control systems engineering: A survey. Control Engineering Practice, 10(11), 1223–1241. https://doi.org/10.1016/S0967-0661(02)00081-3
  • Hakariya, M., Toda, T., & Sakai, M. (2017). The New Toyota Inline 4-Cylinder 2.5L Gasoline Engine. https://doi.org/10.4271/2017-01-1021
  • Jafari, S., Dunne, J. F., Langari, M., Yang, Z., Pirault, J.-P., Long, C. A., & Thalackottore Jose, J. (2016). A review of evaporative cooling system concepts for engine thermal management in motor vehicles. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part D: Journal of Automobile Engineering, 231(8), 1126–1143. https://doi.org/10.1177/0954407016674606
  • Jander, B. S., & Baar, R. (2017). Modeling Thermal Engine Behavior Using Artificial Neural Network. https://doi.org/10.4271/2017-01-0534
  • John, H. (1988). Internal combustion engine fundamentals. McGraw-Hill Science.
  • Li, H., & Chen, Y. (2008). A fractional order proportional and derivative (FOPD) controller tuning algorithm. 2008 Chinese Control and Decision Conference, 4059–4063. IEEE.
  • Özdemir, M. T., Öztürk, D., Eke, I., Çelik, V., & Lee, K. Y. (2015). Tuning of Optimal Classical and Fractional Order PID Parameters for Automatic Generation Control Based on the Bacterial Swarm Optimization. IFAC-PapersOnLine, 48(30), 501–506. https://doi.org/10.1016/j.ifacol.2015.12.429
  • Pang, H. H., & Brace, C. J. (2004). Review of engine cooling technologies for modern engines. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part D: Journal of Automobile Engineering, 218(11), 1209–1215. https://doi.org/10.1243/0954407042580110
  • Podlubny, I. (1999). Fractional-order systems and PIλDμ-controllers. IEEE Transactions on Automatic Control. https://doi.org/10.1109/9.739144
  • Postalcıoğlu, S., & Köktürk, Ç. (2019). Bilgisayar Destekli DC Motor Hız Denetimi. Erzincan Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi. https://doi.org/10.18185/erzifbed.510259
  • Shah, P., & Agashe, S. (2016). Review of fractional PID controller. Mechatronics. https://doi.org/10.1016/j.mechatronics.2016.06.005
  • Sheng, W., & Bao, Y. (2013). Fruit fly optimization algorithm based fractional order fuzzy-PID controller for electronic throttle. Nonlinear Dynamics, 73(1–2), 611–619. https://doi.org/10.1007/s11071-013-0814-y
  • Tao, X., & Wagner, J. R. (2016). An Engine Thermal Management System Design for Military Ground Vehicle - Simultaneous Fan, Pump and Valve Control. SAE International Journal of Passenger Cars - Electronic and Electrical Systems. https://doi.org/10.4271/2016-01-0310
  • Tepljakov, A., Petlenkov, E., Belikov, J., & Finajev, J. (2013). Fractional-order controller design and digital implementation using FOMCON toolbox for MATLAB. 2013 IEEE Conference on Computer Aided Control System Design (CACSD), 340–345. IEEE.
  • Wang, T., & Wagner, J. R. (2015). A Smart Engine Cooling System - Experimental Study of Integrated Actuator Transient Behavior. https://doi.org/10.4271/2015-01-1604
  • Will, F., & Boretti, A. (2011). A New Method to Warm Up Lubricating Oil to Improve the Fuel Efficiency During Cold Start. SAE International Journal of Engines, 4(1), 175–187. https://doi.org/10.4271/2011-01-0318
  • Xu, Z., Zhang, Y., Di, H., & Shen, T. (2019). Combustion variation control strategy with thermal efficiency optimization for lean combustion in spark-ignition engines. Applied Energy. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2019.113329
  • Zamani, M., Karimi-Ghartemani, M., Sadati, N., & Parniani, M. (2009). Design of a fractional order PID controller for an AVR using particle swarm optimization. Control Engineering Practice, 17(12), 1380–1387. https://doi.org/10.1016/j.conengprac.2009.07.005
Erzincan Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi-Cover
  • ISSN: 1307-9085
  • Yayın Aralığı: Yılda 3 Sayı
  • Başlangıç: 2008
  • Yayıncı: Erzincan Binali Yıldırım Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü
Sayıdaki Diğer Makaleler

3 Fazlı 600 kW Gücünde Kısa Devre Kafesli Rotorlu Asenkron Motorun Tasarımı: Fiziksel Boyutlandırılması ve Elektriksel Hesaplamaları

Aykut COŞKUN

Çan Linyitinin Sorgum Biyokütlesi İle Gazlaştırılmasında Biyokütle Oranı ve Sıcaklığın Etkisi

Açelya SEÇER

Minkowski 3-Uzayında Tımelike Normalli Eğrilerin N-Bishop Çatısına göre Slant Helisleri

Hatice KUSAK SAMANCI, Ayhan YILDIZ

Homojen Dolgulu Sıkıştırma Ateşlemeli Motorlarda Enjeksiyon Zamanlamasının Motor Performansı ve Emisyon Oluşumuna Etkilerinin İncelenmesi

Müjdat FIRAT, İsmail TÜRKBAY

HT29 Hücre Hattında Sirkadiyen Ritme Bağlı Gen İfadesinin Kontrolünde Referans Gen Farklılığının Senkronizasyondaki Rolü

Beyza GÖNCÜ, Dilek ÖZTÜRK

Türkiye’nin Ordu iline ait Bazı Balların Palinolojik Karakterizasyonu ve Toplam Fenol-Flavonoid İçeriğinin Değerlendirilmesi

İlginç KİZİLPİNAR TEMİZER, Zafer TÜRKMEN, Aytaç GÜDER

Minkowski 3-Uzayında Timelike Normalli Eğrilerin N-Bishop Çatısına göre Slant Helisleri

Ayhan YILDIZ, Hatice KUŞAK SAMANCI

Kaya Gazı Karışımlarının Yanma ve Emisyon Davranışlarının Laboratuvar Ölçekli Bir Yakıcıda Sayısal Olarak İncelenmesi

Harun YILMAZ

Fizik Biliminde Kullanılan Bazı Denklemlere Kudryashov Metodun Uygulanması

Guldem YILDIZ

Mikroklima Özelliğine Sahip İklim Koşullarında Meteorolojik Verilerle İlişkili Partiküler Kirlilik (PM10) Karakteristikleri: Iğdır Örneği

Aysun ALTIKAT