Identifikation nichtlinearer mechatronischer Systeme mit ...

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152 5 Identifikation und Regelung einer Drosselklappe In den Abbildungen 5.35 und 5.36 sind die Regelergebnisse für den PID-Regler dargestellt. Wie bereits in den Ergebnissen für den ungestörten Fall kommt es sowohl beim Öffnen und beim Schließen der Drosselklappe zu einem deutlichen Überschwingen bzw. Unterschwingen. Dies bedeutet, dass ohne zusätzlichen Maßnahmen es nicht gewährleistet werden kann, dass die Drosselklappe mit großer Geschwindigkeit gegen die mechanischen Anschläge fährt. Es ist allerdings gut zu erkennen, dass die Reglergebnisse für die unterschiedlichen Motordrehzahlen nahezu identisch sind und mit dem Regelergebniss für Motordrehzahl 0 U/min sehr gut übereinstimmen. Dies bedeutet, dass der Regler in der Lage ist, die durch den Luftmassenstrom erzeugten Störungen auszuregeln. Ein deutlich besseres Einschwingverhalten zeigt der Zustandsregler in Abbildung 5.37. Beim Öffnen der Drosselklappe kommt es nun zu keinem Überschwingen mehr. Betrachtet man allerdings den Schließvorgang in Abbildung 5.38, so erkennt man nachwievor ein Unterschwingen, was jedoch deutlich kleiner als bei der Verwendung des PID-Reglers ist. Dieses Unterschwingen liegt vorallem daran, dass der Einfluss der Rückstellfedern bei dem Reglerentwurf nicht mit berücksichtigt werden kann. Auch der Zustandsregler ist in der Lage, die Störungen durch den Luftmassenstrom auszureglen. Das beste Regelergebniss liefert wiederum der adaptive PI-Zustandsregler. In den Abbildungen 5.39 und 5.40 ist kein Über- bzw. Unterschwingen zu erkennen. Auch der Einfluss des Luftmassenstrom ist beim Einsatz dieses Regelungskonzeptes vernachlässigbar. 5.7 Kurzzusammenfassung In diesem Kapitel wird die Aufgabe und die Modellierung einer Drosselklappe eines Verbrennungsmotors beschrieben. Aufbauend auf dieser Modellierung wird mit dem in Kapitel 3 beschriebenen Verfahren ein strukturiertes rekurrentes Netz zur Identifikation einer kommerziellen Drosselklappe entwickelt. Mit Hilfe der gewonnenen Identifikationsergebnisse wird ein PI-Zustandsregler mit nichtlinearem Beobachter entworfen, der den bisher eingesetzten PID-Reglern sowohl in der Regeldynamik und Regelgüte als auch in der Rauschunterdrückung überlegen ist. Dies wird sowohl mit als auch ohne Einfluss des Luftmassenstromes gezeigt. Durch die unumgängliche Verwendung eines nichtlinearen Zustandsbeobachters ist der Rechenaufwand einer solchen Lösung deutlich höher als bei herkömmlichen Systemen. Da aber in Zukunft die Rechenleistung der eingesetzten Steuergeräte immer größer und außerdem die Umwelt- bzw. Verbrauchsanforderungen immer strikter werden, ist der Einsatz solch eines Ansatzes aufgrund der Vielzahl an Vorteilen zukünftig durchaus vorstellbar. Aufbauend auf den Identifikationsergebnissen der Drosselklappe können neben den vorgestellten PI-Zustandsregler auch weitere nichtlineare Regelverfahren angewen-
5.7 Kurzzusammenfassung 153 det werden. Wird z. B. das Verfahren der nichtlinearen Regelungsnormalform [Sommer, 1981; Hintz, 1998] verwendet, erhöht sich der Rechenaufwand aufgrund der nichtlinearen Zustandstransformationen jedoch weiter, weshalb dieses Konzept in dieser Arbeit nicht weiter verfolgt wird.
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