This work presents the design procedure of a speed controller for a large, lean burn, natural gas engine in island mode operation. This is a disturbance rejection problem with a measured, large disturbance. The core element is a nonlinear model predictive control (NMPC) algorithm that serves as outer loop controller in a cascaded control structure and generates set-points for low level control loops. The NMPC relies on a control oriented model that includes the physics based equations, assumptions on underlying control loops and constraints given by the control requirements. It is shown how to design the running cost such that the stability of the NMPC without terminal cost and constraints can be guaranteed for the nominal system and for the perturbed system exposed to parametric uncertainties and un-modeled dynamics. The functionality of the control strategy is demonstrated in simulation and by experimental results derived at the engine-testbed

چکیده

این کار روند طراحی یک کنترولر سرعت برای یک موتور گاز طبیعی بزرگ، سوخت رقیق در حالت عملیاتی island را ارائه می دهد. یک مسئله حذف اغتشاشات با یک اغتشاش زیاد اندازه گیری شده وجود دارد. المان هسته یک الگوریتم کنترل پیشگویانه مدل غیر خطی (NMPC) است که به عنوان کنترولر حلقه بیرونی در یک ساختار کنترل زنجیره ای کار می کند و نقاط تنظیم را برای حلقه های کنترل سطح پایین تولید می کند. این NMPC به یک مدل جهت دار کنترلی تکیه کرده که شامل فیزیک مبتنی بر معادلات، فرضیات اساسی حلقه های کنترل و عوامل محدود کننده داده شده بوسیله نیازمندی های کنترلی است. چگونگی طراحی هزینه اجرا نشان داده شده است که پایداری NMPC بدون هزینه پایانی و عوامل محدود کننده می توانند برای سیستم غیر واقعی و برای سیستم اختلال در معرض عدم قطعیت های پارامتری و دینامیک های مدل نشده ضمانت شوند. عاملیت استراتژی کنترلی در شبیه سازی اثبات شده و بوسیله نتایج تجربی در صفحه آزمایش موتور استخراج شده است.

1-مقدمه

عملیات حالت island موتورهای گاز بزرگ در فهم تولید توان پراکنده مهم است، خصوصا در نواحی دوردست و در کشورهای در حال توسعه با یک شبکه توان الکتریکی ضعیف (Owens, 2014). مشکل کنترلی مربوطه یک حلقه کنترل سرعت با یک اغتشاش اندازه گیری شده اما بزرگ است که بوسیله مرحله تغییرات در بار الکتریکی مشخصه سازی شده است. در طول حالت پایدار، خروجی های موتور باید در محدودیت ها باقی بمانند و در طول حالت گذرا، دامنه محرک ها بوسیله کران های احتراق پایدار محدود شده اند و حالت ها برای جلوگیری از خرابی اجزا محدود شده اند...