Estrategia para controle de operação otimizada de motor diesel aplicado em tratores agricolas
Nelson Luis Cappelli
TESE
Português
T/UNICAMP C173e
Campinas, SP : [s.n.], 1995.
144f. : il.
Orientador: Claudio Bianor Sverzut
Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Agricola
Resumo: O trator agrícola de rodas tem sido, desde o início de sua existência, a principal unidade motora da agricultura. Seu projeto
conceitual básico tem muito ainda a ser explorado. A evolução do trator agrícola de rodas aponta no sentido de melhorar seu rendimento global envolvendo alguns... Ver mais Resumo: O trator agrícola de rodas tem sido, desde o início de sua existência, a principal unidade motora da agricultura. Seu projeto
conceitual básico tem muito ainda a ser explorado. A evolução do trator agrícola de rodas aponta no sentido de melhorar seu rendimento global envolvendo alguns elementos críticos, com respeito à conversão de energia, que dentre eles destacam-se: o motor, a transmissão, a interface pneu-solo e o sistema de controle do levante hidráulico. No presente trabalho foi estudado inicialmente o comportamento
dinâmico de um motor diesel, modelo 4248, marca Perkins, normalmente utilizado em tratores agrícolas, com o objetivo de desenvolver uma estratégia de controle do motor que otimize seu desempenho, baseado em critérios de economia de energia. A lógica de controle proposta prevê a utilização, em conjunto, do controle do motor e da transmissão do trator, objetivando a manutenção da qualidade final do trabalho agrícola. Para que isto seja conseguido, deve-se manter a velocidade de deslocamento do conjunto tratorimplemento,
atuando-se na relação de transmissão e no acionamento da bomba injetora, de forma a levar o motor a operar num ponto otimizado,
mantendo-se a potência constante. A fim de controlar o motor em condições ótimas de economia de energia, foi necessário definir uma curva otimizada de operação. A curva proposta contempla o funcionamento do motor em toda sua faixa de potência disponível. Em virtude das dificuldades da medição direta do torque e dos métodos indiretos para sua estimativa, mencionados na literatura, não
atenderem adequadamente as exigências de precisão para a implementação da estratégia de controle, foi proposto um novo método.
Este método permite a estimativa indireta do torque para pequenas perturbações dinâmicas, utilizando-se apenas a posição da alavanca de acionamento da bomba injetora e da variação da rotação do motor. Foi observado que o comportamento dinâmico do motor é bem
distinto daquele mostrado pelas curvas de desempenho tradicionais. Para fins de estabelecimento da estratégia de controle é necessário
estimar a resposta do motor a uma perturbação transiente. Isto foi realizado através do estudo dos modelos matemáticos denominados ARX, OEe ARMAX. Assim a estratégia de controle foi estabelecida levando-se em consideração: o método indireto proposto de determinação do torque em regime; a curva proposta de operação otimizada; e, finalmente, o modelo ARMAX,que descreve o comportamento dinâmico do motor. A estratégia de controle foi simulada através de solicitações dinâmicas de torque crescente e decrescente, nas curvas governadas correspondentes a 1600 [rpm], 1800 [rpm] e 2000 [rpm]. Em todos estes casos os resultados das simulações mostraram-se adequados, indicando que o lógica do controlador manteve o funcionamento do motor seguindo a curva otimizada Ver menos
conceitual básico tem muito ainda a ser explorado. A evolução do trator agrícola de rodas aponta no sentido de melhorar seu rendimento global envolvendo alguns... Ver mais Resumo: O trator agrícola de rodas tem sido, desde o início de sua existência, a principal unidade motora da agricultura. Seu projeto
conceitual básico tem muito ainda a ser explorado. A evolução do trator agrícola de rodas aponta no sentido de melhorar seu rendimento global envolvendo alguns elementos críticos, com respeito à conversão de energia, que dentre eles destacam-se: o motor, a transmissão, a interface pneu-solo e o sistema de controle do levante hidráulico. No presente trabalho foi estudado inicialmente o comportamento
dinâmico de um motor diesel, modelo 4248, marca Perkins, normalmente utilizado em tratores agrícolas, com o objetivo de desenvolver uma estratégia de controle do motor que otimize seu desempenho, baseado em critérios de economia de energia. A lógica de controle proposta prevê a utilização, em conjunto, do controle do motor e da transmissão do trator, objetivando a manutenção da qualidade final do trabalho agrícola. Para que isto seja conseguido, deve-se manter a velocidade de deslocamento do conjunto tratorimplemento,
atuando-se na relação de transmissão e no acionamento da bomba injetora, de forma a levar o motor a operar num ponto otimizado,
mantendo-se a potência constante. A fim de controlar o motor em condições ótimas de economia de energia, foi necessário definir uma curva otimizada de operação. A curva proposta contempla o funcionamento do motor em toda sua faixa de potência disponível. Em virtude das dificuldades da medição direta do torque e dos métodos indiretos para sua estimativa, mencionados na literatura, não
atenderem adequadamente as exigências de precisão para a implementação da estratégia de controle, foi proposto um novo método.
Este método permite a estimativa indireta do torque para pequenas perturbações dinâmicas, utilizando-se apenas a posição da alavanca de acionamento da bomba injetora e da variação da rotação do motor. Foi observado que o comportamento dinâmico do motor é bem
distinto daquele mostrado pelas curvas de desempenho tradicionais. Para fins de estabelecimento da estratégia de controle é necessário
estimar a resposta do motor a uma perturbação transiente. Isto foi realizado através do estudo dos modelos matemáticos denominados ARX, OEe ARMAX. Assim a estratégia de controle foi estabelecida levando-se em consideração: o método indireto proposto de determinação do torque em regime; a curva proposta de operação otimizada; e, finalmente, o modelo ARMAX,que descreve o comportamento dinâmico do motor. A estratégia de controle foi simulada através de solicitações dinâmicas de torque crescente e decrescente, nas curvas governadas correspondentes a 1600 [rpm], 1800 [rpm] e 2000 [rpm]. Em todos estes casos os resultados das simulações mostraram-se adequados, indicando que o lógica do controlador manteve o funcionamento do motor seguindo a curva otimizada Ver menos
Abstract: Since its conception the agricultural tractor has been the principal power unit for agricultural purposes. Its basic concept has many things to be studied. The next step towards agricultural tractor evolution will be to improve its global performance. To improve global performance, one has...
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Abstract: Since its conception the agricultural tractor has been the principal power unit for agricultural purposes. Its basic concept has many things to be studied. The next step towards agricultural tractor evolution will be to improve its global performance. To improve global performance, one has to deal with critical parts about energy conversion such as: engine, transmission, soil-tire interface, and hydraulic mechanism control system. A model of diesel a engine applied to an agricultural tractor was used to study an engine control system to improve the agricultural tractor global performance, using a energy economy criteria. A tractor diesel engine performance was studied to substantiate a logic to implement an engine control system. The proposed logic is able to utilize together an agricultural tractor
transmission and engine control system. Economy of energy criteria was adopted to define an optimized operation curve that permits the engine to work in a wide range from lower torque and speed levels to a maximum power level. It was proposed a method to indirectly estimate torque based on the engine working at an stead state point. This method showed adequate precision to be used in an engine controller. In this work there were studied mathematic equations to estimate the engine dynamic response to a transient of torque solicitation. Based in this estimate one can obtain a step ahead predictor for the speed output. The estimate and the predictor showed an adequate precision to be used in the engine controller. Through simulations it was verified that the logic and the equations used in this work presented a good performance Ver menos
transmission and engine control system. Economy of energy criteria was adopted to define an optimized operation curve that permits the engine to work in a wide range from lower torque and speed levels to a maximum power level. It was proposed a method to indirectly estimate torque based on the engine working at an stead state point. This method showed adequate precision to be used in an engine controller. In this work there were studied mathematic equations to estimate the engine dynamic response to a transient of torque solicitation. Based in this estimate one can obtain a step ahead predictor for the speed output. The estimate and the predictor showed an adequate precision to be used in the engine controller. Through simulations it was verified that the logic and the equations used in this work presented a good performance Ver menos
Estrategia para controle de operação otimizada de motor diesel aplicado em tratores agricolas
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