Mean value modelling and advanced control of a spark ignition turbocharged engine

The present work aims to develop a mean value model and an advanced control strategy in order to manage a turbocharged spark ignition engine. Control is actuated on the throttle and wastegate valve. The project can be divided in two macro parts, the mechanical one and the control one. The first part was related to mechanics and Gasdyn software, starts translating the internal PID controllers already present in the Gasdyn engine’s model in a Simulink workspace in order to verify the coupling between data that come from Gasdyn to Simulink workspace. Then when the coupling is confirmed a mean value model (MVM) of the engine is realised in order to create something simpler and more manageable that can describe with acceptable error the real engine behaviour. Ones obtained good results on model the control part begins and the idea was to use the model to get data that we need to linearize the system around an equilibrium point in order to start developing the controller. Ones test the linearized system with step response and with bode diagrams the final part was the actual implementation of the more complex type of control, and an LQ regulator is the chosen one.

Il presente lavoro mira a sviluppare un modello a parametri concentrati e una strategia di controllo avanzata per gestire un motore turbo ad accensione comandata. Il controllo viene effettuato sulla throttle e sulla valvola wastegate. Il progetto può essere suddiviso in due macro parti, quella meccanica e quella di controllo. La prima parte relativa alla meccanica e al software Gasdyn, comincia traducendo i PID, già presenti nel modello Gasdyn del motore, in uno spazio di lavoro Simulink al fine di verificare l'accoppiamento tra Gasdyn e Simulink relativamente ai dati che i due programmi si scambiano durante la simulazione. Una volta che l'accoppiamento è verificato, viene realizzato un modello a parametri concentrati (MVM) del motore per creare qualcosa di più semplice e gestibile che possa descrivere con errore accettabile il reale comportamento del motore stesso. Dopo aver ottenuto buoni risultati sul modello, inizia la parte di controllo e l'idea era quella di utilizzare il modello per ottenere i dati necessari a linearizzare il sistema attorno a un punto di equilibrio, per sviluppare poi, il controllore. Testato il sistema linearizzato con risposte al gradino e diagrammi di bode la parte finale prevede l'implementazione del nuovo sistema di controllo, ossia un regolatore LQ.