Simulador de controlador PID para gerenciamento de pressão do rail em sistema de injeção diesel

Abstract

Resumo : Os sistemas de controle desempenham um papel fundamental na sociedade moderna, encontrando-se presentes em diversas aplicações ao nosso redor, como em acionamento de foguetes, resfriamento de processos e veículos autônomos que realizam a distribuição de materiais em estações de trabalho, entre outros exemplos. É essencial que engenheiros e cientistas estejam familiarizados tanto com a teoria quanto com a prática do controle. A emissão de poluentes por veículos automotores contribui significativamente para a deterioração da qualidade do ar, especialmente nos centros urbanos, a utilização de tecnologias automotivas de eficácia comprovada permitem limitar a emissão de gases que causam danos ao meio ambiente. Entretanto, as exigências impostas aos motores e consequentemente sistemas de injeção de combustível vem continuamente aumentando, requerendo pressões mais altas, tempos de resposta para o sistema cada vez menores, e uma curva variável de taxa de injeção modificados para o estado de operação do motor. Uma das tecnologias de sistemas de injeção eletrônicos aplicados para atingir essas exigências em motores a diesel é o sistema de injeção de combustível common-rail (CRS). A principal vantagem do sistema common-rail é a sua capacidade de variar a pressão de injeção e temporização, sendo o controle de pressão feito por um sistema de controle PID. Este projeto propõe implementar via software, um ambiente de simulação de controlador PID, aplicado ao contexto de injeção eletrônica de motores diesel, de forma que o usuário aplique curvas de referência, defina os parâmetros PID de controle e analise o comportamento resultante. O estudo envolveu a coleta de dados reais do veículo em operação, mapeamento e a simplificação das variáveis do sistema relacionadas à controle de pressão, em seguida utilizando o software Matlab foi possível definir um modelo matemático que representa o comportamento da planta. Esse modelo foi então implementado em um ambiente de simulação no Simulink, onde foi projetado uma ferramenta para definir os parâmetros de controle pelo método de sintonia de Ziegler-Nichols, a qual cada parâmetro do controlador é ajustado para cada faixa de fluxo da válvula. Com o simulador, o engenheiro terá uma melhor compreensão de como cada parâmetro PID do sistema de controle opera dentro do sistema de injeção, facilitando a calibração prática em veículo

Abstract : Control systems play a fundamental role in modern society and are present in various applications around us, such as rocket propulsion, process cooling, and autonomous vehicles that distribute materials in workstations, among other examples. It is essential for engineers and scientists to be familiar with both the theory and practice of control. The emission of pollutants from vehicles with internal combustion engines significantly contributes to the deterioration of environmental quality, especially in urban areas. The use of proven automotive technologies allows us to meet pollution control needs by limiting the emission of gases that harm the environment. Nevertheless, the demands imposed on engines and fuel injection systems are continuously increasing, requiring higher pressures, shorter response times for the system, and a variable injection rate curve modified for the engine's operating state. One of the applied electronic fuel injection system technologies to meet these requirements in diesel engines is the common-rail fuel injection system (CRS). The main advantage of the common-rail system is its ability to vary the injection pressure and timing, with pressure control performed by a PID control system. This project proposes the implementation of a PID controller environment within the Simulink software, applied to the context of electronic diesel fuel injection. This study involved collecting real-world data from an operating vehicle, mapping, and simplifyin system variables related to pressure control. A mathematical model representing the plant behavior was developed using MATLAB. This model was then implemented in a Simulink simulation environment, where a PID controller was designed and tuned using the Ziegler-Nichols method for each range of operation of the valve flow rate.The simulator allows the user to select reference curves, define PID control parameters, and analyze the resulting behavior. With the simulator, engineers will gain a better understanding of how each PID parameter of the control system operates within the injection system, facilitating practical calibration in vehicles