Methoden zur modellbasierten Regelung eines Kältemittelkreislaufes in einem Elektrofahrzeug

Abstract

Als Grundlage für die Regelungsansätze entwickelt diese Arbeit ein komponentenorientiertes Gesamtmodell des Kältemittelkreislaufes, welches auf physikalischen Zusammenhängen basiert. So können einzelne Komponenten ausgetauscht, neue Komponenten-Verschaltungen ohne neue Identifikationsmessungen berücksichtigt und das Gesamtkonzept auf neue Fahrzeug-Baureihen übertragen werden. Aufbauend auf dem Gesamtmodell werden zwei Regelungsansätze, sowie eine Vorsteuerung entwickelt und anhand von Prüfstandsmessungen validiert. Die beiden Regelungsansätze umfassen einen dezentralen Regelungsansatz und einen Ansatz mit zentraler Zustandsrückführung inklusive Beobachter. Die Vorsteuerung wird mit den Reglern in einer Zwei-Freiheitsgrade-Reglerstruktur kombiniert und als inversionsbasierte entkoppelnde Vorsteuerung ausgelegt. Dazu wird die Dimension des entwickelten Gesamtmodells nichtlinear reduziert, wobei statt des Verhaltens des Gesamtsystems nur das Ein-Ausgangs-Verhalten beziehungsweise das Störgrößen-Ausgangs-Verhalten betrachtet wird. Die nichtlineare Methodik baut auf der Beobachtbarkeits-Normalform für Mehrgrößensysteme auf und wird erweitert um Bedingungen zur Stabilität der stationären Arbeitspunkte, eine Frequenzskalierung der Einflussgrößen und eine Transformation der Eingangsgrößen. Abschließend werden alle Regelungskonzepte durch Kompensationsterme zur Berücksichtigung von Stellgrößenbeschränkungen erweitert, wobei diese Terme die Kopplungen in den Regelungsstrategien auch im Falle von Beschränkungen berücksichtigen und am Prüfstand validiert werden.