Contrôle adaptatif de richesse Une approche par paramètres distribués Groupe de Travail – EDP Delphine Bresch-Pietri Contrôle Moteur– Centre Automatique et Systèmes - Delphine BRESCH-PIETRI–08 avril 2010

Plan Motivations Contrôle Moteur Modélisation par un 1er ordre à retard Description Validation du modèle Contrôle mis en œuvre Cas Adaptation seul Cas Retard connu Contrôle et implémentation Théorème Résultats au banc . Contrôle Moteur– Centre Automatique et Systèmes - Delphine BRESCH-PIETRI–08 avril 2010

Plan Motivations Contrôle Moteur Modélisation par un 1er ordre à retard Description Validation du modèle Contrôle mis en œuvre Cas Adaptation seul Cas Retard connu Contrôle et implémentation Théorème Résultats au banc . 3 Contrôle Moteur– Centre Automatique et Systèmes - Delphine BRESCH-PIETRI–08 avril 2010 3

Motivations contrôle moteur Normes européennes CO2/pétrole effet de serre prix du pétrole Emission polluantes HC (cancérigène, mutagène) NOx (irritant, pluies acides) CO (toxique) particules (cancérigène, mutagène) Contrôle Moteur– Centre Automatique et Systèmes - Delphine BRESCH-PIETRI–08 avril 2010

Motivations contrôle moteur Solutions techniques Guérir : Post-Traitement pot catalytique (Essence, Diesel) filtre à particule (D.) piège à NOx (D.) injection urée (D.) Prévenir : modification Hardware downsizing (E.) recirculation des gaz brulés (E.,D.) turbocompresseurs (E.,D.) Gains de performance ... au détriment de la stabilité de la combustion. Contrôle Moteur– Centre Automatique et Systèmes - Delphine BRESCH-PIETRI–08 avril 2010

Motivations Contrôle Moteur Fonctionnement du moteur thermique Cycle à 4 temps Admission (ivc) Compression Expansion/Combustion Echappement Combustion : production de couple, polluants, bruits Que brûle-t-on ? composition du mélange à l'ivc (Mair, Mfuel, Mbg) conditions thermodynamiques (P,T) Comment brûle-t-on ? angle d'allumage / d'injection Contrôle Moteur– Centre Automatique et Systèmes - Delphine BRESCH-PIETRI–08 avril 2010

Motivations Contrôle Moteur Fonctionnement du moteur essence Boucle d'air Boucle carburant Contrôle Moteur– Centre Automatique et Systèmes - Delphine BRESCH-PIETRI–08 avril 2010

Motivations Contrôle Moteur Problématique richesse en Essence Faibles émissions de polluants / Forte consommation Contrôle moteur essence : Traitement des émissions polluantes : catalyseur 3 voies transformation en eau et CO2 de - HC (oxydation) - NOx (réduction) - CO efficacité de conversion dépendant du rapport air/essence (λ en normalisé) -> faible zone de conversion optimale Contrôle du couple = Contrôle de la masse d'air aspirée . Contrôle Moteur– Centre Automatique et Systèmes - Delphine BRESCH-PIETRI–08 avril 2010

Motivations Contrôle Moteur Impératif de réguler la richesse à 1 : où PCO dépend du carburant utilisé (≈14.6) Stratégie en BO Feedback via la Sonde Lambda retard de transport (≈ 20 PMH) 9 Contrôle Moteur– Centre Automatique et Systèmes - Delphine BRESCH-PIETRI–08 avril 2010 9

Contrôler l'AFR Feedback via la sonde lambda : données retardées incertitudes paramètres retard et paramètres variables selon le point de fonctionnement (régime, charge) Contrôles classiques du retard/ de l'AFR : PID (tuning : Ziegler-Nichols ) -> limitation en gain (lenteur) ou calibration fastidieuse prédicteur de Smith (modifié) -> sensibilité aux incertitudes paramètres et erreurs retard méthodes adaptatives pour les paramètres -> pas d'adaptation du retard Contrôle Moteur– Centre Automatique et Systèmes - Delphine BRESCH-PIETRI–08 avril 2010

Plan Motivations Contrôle Moteur Modélisation par un 1er ordre à retard Description Validation du modèle Contrôle mis en œuvre Cas Adaptation seul Cas Retard connu Contrôle et implémentation Théorème Résultats au banc . 11 Contrôle Moteur– Centre Automatique et Systèmes - Delphine BRESCH-PIETRI–08 avril 2010 11

Modélisation par un 1er ordre avec : contrôle modèle statique de mouillage -> lien Minj paramètres du modèle : Erreur injection Erreur estimation Contrôle Moteur– Centre Automatique et Systèmes - Delphine BRESCH-PIETRI–08 avril 2010

Validation du modèle Essais réalisés au banc-moteur CME = 10Nm, Ne variable retard très variable Contrôle Moteur– Centre Automatique et Systèmes - Delphine BRESCH-PIETRI–08 avril 2010

Validation du modèle Evolution des paramètres : τφ bonne interprétation physique : connu précisément Contrôle Moteur– Centre Automatique et Systèmes - Delphine BRESCH-PIETRI–08 avril 2010

Validation du modèle Evolution des paramètres : D Approximation Contrôle Moteur– Centre Automatique et Systèmes - Delphine BRESCH-PIETRI–08 avril 2010

Plan Motivations Contrôle Moteur Modélisation par un 1er ordre à retard Description Validation du modèle Contrôle mis en œuvre Cas Adaptation seul Cas Retard connu Contrôle et implémentation Théorème Résultats au banc . 16 Contrôle Moteur– Centre Automatique et Systèmes - Delphine BRESCH-PIETRI–08 avril 2010 16

Objectif du contrôle régulation autour de ... ...avec : connu approché totalement inconnu, mais constant et dans ...à l'aide de : adaptation d'un estimé de un contrôle U - adapté au retard - robuste à l'erreur stratégie en transitoire, basée sur celle en stabilisé Evolution de supposée continue, suffisamment lente et restreinte à Contrôle Moteur– Centre Automatique et Systèmes - Delphine BRESCH-PIETRI–08 avril 2010

Contrôle mis en œuvre Adaptation sans retard (D=0) Hypothèses : inconnu -> Tracking de Méthode : écriture du système différentiel de l'erreur fonction de Lyapunov quadratique candidate Contrôle Moteur– Centre Automatique et Systèmes - Delphine BRESCH-PIETRI–08 avril 2010

Contrôle mis en œuvre Adaptation sans retard (D=0) Méthode : écriture du système différentiel de l'erreur fonction de Lyapunov quadratique Contrôle Moteur– Centre Automatique et Systèmes - Delphine BRESCH-PIETRI–08 avril 2010

Contrôle mis en œuvre Stabilisation d'un système à retard connu Hypothèses : D > 0 connu connu SYSTEME Prédiction : Contrôle Moteur– Centre Automatique et Systèmes - Delphine BRESCH-PIETRI–08 avril 2010

Contrôle mis en œuvre Stabilisation d'un système à retard connu Hypothèses : D > 0 connu connu 1 x SYSTEME Contrôle Moteur– Centre Automatique et Systèmes - Delphine BRESCH-PIETRI–08 avril 2010

Contrôle mis en œuvre Stabilisation d'un système à retard connu Hypothèses : D > 0 connu Backstepping : connu SYSTEME 1 stable Contrôle Moteur– Centre Automatique et Systèmes - Delphine BRESCH-PIETRI–08 avril 2010

Contrôle mis en œuvre Stabilisation d'un système à retard connu Etat de l'art Backstepping + Conditions aux bornes des EDPs introduites -> contrôle adaptatif dans cas vectoriel Adaptive trajectory tracking despite unknown input delay and plant parameters, Automatica 2009, Bresch-Pietri and Krstic Adaptive Backstepping Controller for Uncertain Systems With Unknown Input Time-Delay. Application to SI Engines, CDC 2010 Nécessite la connaissance de tout ■ en pratique, peu connu ■ ne se déduit pas de U sans D... 23 Contrôle Moteur– Centre Automatique et Systèmes - Delphine BRESCH-PIETRI–08 avril 2010 23

Contrôle et Implémentation Estimation à Hypothèses : D > 0 inconnu inconnu tracking de Différences de traitement : inconnu car 1/D inconnu -> à inconnu -> adaptation tracking : erreurs par rapport à la référence 1 Contrôle Moteur– Centre Automatique et Systèmes - Delphine BRESCH-PIETRI–08 avril 2010

Contrôle et Implémentation dynamique retardée dynamique non-retardée Contrôle Moteur– Centre Automatique et Systèmes - Delphine BRESCH-PIETRI–08 avril 2010

Contrôle et Implémentation Adaptation sans retard (D=0) Stabilisation d'un système connu Contrôle Moteur– Centre Automatique et Systèmes - Delphine BRESCH-PIETRI–08 avril 2010

Contrôle et Implémentation Théorème (CV Asymptotique locale) Si ● ● alors et Contrôle Moteur– Centre Automatique et Systèmes - Delphine BRESCH-PIETRI–08 avril 2010

Résultat général Hypothèses : connu pour chaque (commandabilité) Intervalles de variations connus : Système non-retardé commandable : régularité du triplet sur 28 Contrôle Moteur– Centre Automatique et Systèmes - Delphine BRESCH-PIETRI–08 avril 2010 28

Résultat général Théorème Si, à t=0, le système est t.q. et que l'on a , alors le contrôle assure 29 Contrôle Moteur– Centre Automatique et Systèmes - Delphine BRESCH-PIETRI–08 avril 2010 29

Plan Motivations Contrôle Moteur Modélisation par un 1er ordre à retard Description Validation du modèle Contrôle mis en œuvre Cas Adaptation seul Cas Retard connu Contrôle et implémentation Théorème Résultats au banc . 30 Contrôle Moteur– Centre Automatique et Systèmes - Delphine BRESCH-PIETRI–08 avril 2010 30

Contrôle mis en œuvre Stratégie globale Point de fonctionnement donné : application directe En transitoire, basée sur celle en stabilisé Evolution « lente » des paramètres entre 2 PMH Chaque point est une « C.I. » du suivant Contrôle Moteur– Centre Automatique et Systèmes - Delphine BRESCH-PIETRI–08 avril 2010

Résultats Bancs Iso-Régime : 1000 rpm Contrôle Moteur– Centre Automatique et Systèmes - Delphine BRESCH-PIETRI–08 avril 2010

Résultats Bancs : Iso-Régime (1000 rpm) Contrôle Moteur– Centre Automatique et Systèmes - Delphine BRESCH-PIETRI–08 avril 2010

Résultats bancs Bilan Fonctionne, malgré complexité Utilisation d’un seul jeu de gain -> pas de calibration Possibilité de « tuner » les gains pour améliorer temps de réponse. Utilisation de l'identification comme diagnostic (vieillissement, dysfonctionnement ponctuel, modèle de remplissage...) Contrôle Moteur– Centre Automatique et Systèmes - Delphine BRESCH-PIETRI–08 avril 2010

Bilan-Perspectives Bilan : Perspectives : Contrôleur adaptatif particulier au retard Robustesse à l’erreur d’estimation du retard Validation expérimentale sur le problème de la richesse Concept validé en théorie et en pratique Implémentation faite Perspectives : Applications potentielles à d’autre systèmes moteurs (DOC, EGR) Développement d’une adaptation du retard (identification) Tracking d’une référence non constante Contrôle Moteur– Centre Automatique et Systèmes - Delphine BRESCH-PIETRI–08 avril 2010

Merci pour votre attention ! Contrôle Moteur– Centre Automatique et Systèmes - Delphine BRESCH-PIETRI–08 avril 2010