طراحی کنترل کننده پیش‌بین مقاوم متمرکز برای سیستم تهویه مطبوع خودرو

ملخص المقالة :

سیستم تهویه مطبوع خودرو بر مبنای سیکل تبرید کار می‌کند. ساده‌ترین مدل این سیکل، چندورودی و چندخروجی و همچنین دارای محدودیت‌های عملگری می‌باشد، بنابراین کنترل­ کننده­ ی پیش‌بین مدل، با ویژگی‌هایی که دارد یک رویکرد مناسب برای کنترل این سیستم به شمار می‌رود. اما از نیازهای صریح این کنترل­کننده، به کار­گیری مدل دقیقی از فرآیند می­باشد، در حالی­ که سیستم تهویه خودرو از اغتشاشات ناشناخته‌ای تأثیر می‌پذیرد. برای یک خودروی در حال حرکت، تغییر سرعت نسبی باد می­تواند منجر به تغییر دبی جرمی هوا در مبدل­های حرارتی سیکل تبرید شود. در مقاله پیش رو، طراحی کنترل­کننده پیش‌بین مقاوم بر مبنای نامساوی‌های ماتریسی خطی برای جبران اثر این اغتشاش انجام شده است. از دیگر اغتشاشات خارجی که بر عملکرد این سیستم تأثیر بسزایی دارد، می‌توان به افزایش دمای محیط بیرون اشاره کرد که موجب کاهش ضریب عملکرد سیستم تهویه مطبوع خودرو و افزایش بار خنک‌سازی اعمال شده به آن می‌شود. در این مقاله، اغتشاش تغییر دمای محیط به مدل سیستم تهویه مطبوع خودرو نیز افزوده شده و سپس طراحی کنترل پیش­بین مقاوم متمرکز در حضور هر دو اغتشاش نام‌برده برای سیستم انجام گرفته است. بدین ترتیب ضعف کنترل پیش­بین در پس زدن این اغتشاشات جبران شده است.

المصادر:

[1] Q. Zhang, M. Canova, and G. Rizzoni, "Sliding mode control of an automotive air conditioning system," in Proc. American Control Conf., pp. 5748-5753, Washington, DC, USA, 17-19 Jun. 2013.
[2] F. Wicks, "2nd law analysis of on/off vs. frequency modulation control of a refrigerator," in Proc. 35th Intersociety Energy Conversion Engineering Conf. and Exhibit, vol. 1, pp. 340-344, Las Vegas, NV, USA, 24-28 Jul. 2000.
[3] M. Hattori, T. Nomura, Y. Ueno, and H. Kato, "Automotive refrigeration system controller with a simple precompensator," in Proc. 29th IEEE Conf. on Decision and Control, pp. 1590-1591, Honolulu, HI, USA, 5-7 Dec. 1990.
[4] R. Q. Zhu, X. Q. Zheng, and Y. Z. Wu, "Fuzzy-PID methods for controlling evaporator superheat," in Proc. International Refrigeration and Air Conditioning Conf., Paper 500, West Lafayette, IN, USA, 25-28 Jul. 2000.
[5] Y. Farzaneh and A. A. Tootoonchi, "Controlling automobile thermal comfort using optimized fuzzy controller,” Appl. Therm. Eng., vol. 28, no. 14, pp. 1906–1917, Oct. 2008.
[6] H. Khayyam, et al., "Intelligent energy management control of vehicle air conditioning via look-ahead system," Applied Thermal Engineering, vol. 31, no. 16, pp. 3147-3160, Nov. 2011.
[7] M. Razi, M. Farrokhi, M. H. Saeidi, and A. R. F. Khorasani, "Neuro-predictive control for automotive air conditioning system," in Proc. IEEE Int. Conf. on Engineering of Intelligent Systems, 6 pp., Islamabad, Pakistan, 22-23 Apr. 2006.
[8] B. C. Ng, I. Z. M. Darus, H. Jamaluddin, and H. M. Kamar, "Application of adaptive neural predictive control for an automotive air conditioning system," Applied Thermal Engineering, vol. 73, no. 1, pp. 1244-1254, Dec. 2014.
[9] M. S. Elliott and B. P. Rasmussen, "Decentralized model predictive control of a multi-evaporator air conditioning system," Control Engineering Practice, vol. 21, no. 12, pp. 1665-1677, Dec. 2013.
[10] D. Leducq, J. Guilpart, and G. Trystram, "Non-linear predictive control of a vapour compression cycle," International Journal of Refrigeration, vol. 29, no. 5, pp. 761-772, Aug. 2006.
[11] K. Vinther, C. H. Lyhne, E. B. Sorensen, and H. Rasmussen, "Evaporator superheat control with one temperature sensor using qualitative system knowledge, " in Proc. American Control Conf., pp. 374-379, Montreal, Canada, 27-29 Jun. 2012.
[12] H. Nagpal, A. Staino, and B. Basu, "Robust model predictive control of HVAC systems with uncertainty in building parameters using linear matrix inequalities," Advances in Building Energy Research, vol. 14, no. 3, 17 pp., 2020.
[13] Q. Zhang and M. Canova, "Modeling and output feedback control of automotive air conditioning system," International Journal of Refrigeration, vol. 58, pp. 207-218, Oct. 2015.
[14] Q. Zhang and M. Canova, "Improving tracking performance of automotive air conditioning system via μ synthesis," Science and Technology for the Built Environment, vol. 21, no. 4, pp. 448-461, 2015.
[15] Q. Zhang and M. Canova, "Fault detection and isolation of automotive air conditioning systems using first principle models," Control Engineering Practice, vol. 43, pp. 49-58, Oct. 2015.
[16] Q. Zhang, L. Fiorentini, and M. Canova, "H∞ Robust control of an automotive air conditioning system," in Proc. American Control Conf., Portland, OR, USA, pp. 5748-5753, 4-6 Jun. 2014.
[17] S. N. Shehab, "Computer simulation of an automobile air-conditioner with ambient temperature effects," Journal of Al-Ma'moon College, no. 18, pp. 84-99, Feb. 2011.
[18] M. Schnubel, Today’s Technician: Automotive Heating & Air Conditioning Classroom Manual and Shop Manual, Cengage Learning, 2012.
[19] I. Urieli, "Refrigerators and heat pumps," Engineering Thermodynamics: A Graphical Approach, Ohio University, Ch. 4c, https://people.ohio.edu/urieli/thermo/intro/chapt.1_6/chapter4c.html/
[20] J. Löfberg, Minimax Approaches to Robust Model Predictive Control, Ph.D. Thesis, no. 812, Link ̈oping University, Sweden, 2003.