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Adaptive Harmonic and Disturbance Estimators for Rotary Machines With Applications to Engines
IEEE/ASME Transactions on Mechatronics ( IF 6.4 ) Pub Date : 2020-09-08 , DOI: 10.1109/tmech.2020.3022736 Raja Sangilivadamalu , Christian Beidl
IEEE/ASME Transactions on Mechatronics ( IF 6.4 ) Pub Date : 2020-09-08 , DOI: 10.1109/tmech.2020.3022736 Raja Sangilivadamalu , Christian Beidl
In this article, we present a new method for estimation of the nonperiodic (mean) value and harmonics of unknown disturbance inputs with parametrically varying harmonic frequencies. The proposed methods shall be studied for mean value and harmonic estimation of internal combustion torque of an engine. The internal torque refers to the oscillatory torque resulting from the combustion process. Its estimation uses an unknown input observer approach with a proportional structure, modeling the combustion torque as disturbance. An adaptive harmonic estimator is developed to filter the nonperiodic mean value and the harmonic components using linear parameter-varying techniques. The developed estimation methods feature phase-free estimation, minimal model assumption, tunable noise attenuation, and efficient time-triggered implementation. Misfire event detection using harmonic filtering of generated torque is demonstrated using simulations. Experimental validation is performed on a dynamical engine test bench with a series-production four-cylinder diesel engine estimating the combustion torque and its mean value during engine start and transient operation. The generic nature of the proposed technique is demonstrated by applying it to estimate nonperiodic speed values of an electric machine operated in tandem with a two-cylinder gasoline engine.
中文翻译:
旋转机械的自适应谐波和扰动估计器及其在发动机上的应用
在本文中,我们提出了一种新方法,用于估计具有参数变化谐波频率的未知干扰输入的非周期(平均值)值和谐波。应研究提出的方法,以求出发动机内燃扭矩的平均值和谐波估计值。内部扭矩是指燃烧过程中产生的振荡扭矩。其估计使用具有比例结构的未知输入观测器方法,将燃烧转矩建模为扰动。开发了一种自适应谐波估计器,以使用线性参数变化技术来过滤非周期性平均值和谐波分量。开发的估算方法具有无相位估算,最小模型假设,可调噪声衰减和有效的时间触发实现的特点。通过仿真证明了使用产生的转矩的谐波滤波进行失火事件检测。实验验证是在动态发动机试验台上进行的,该试验台具有批量生产的四缸柴油发动机,用于估计发动机起动和瞬态运行期间的燃烧扭矩及其平均值。通过将其应用于估算与两缸汽油发动机串联运行的电机的非周期性速度值,可以证明所提出技术的一般性质。
更新日期:2020-09-08
中文翻译:
旋转机械的自适应谐波和扰动估计器及其在发动机上的应用
在本文中,我们提出了一种新方法,用于估计具有参数变化谐波频率的未知干扰输入的非周期(平均值)值和谐波。应研究提出的方法,以求出发动机内燃扭矩的平均值和谐波估计值。内部扭矩是指燃烧过程中产生的振荡扭矩。其估计使用具有比例结构的未知输入观测器方法,将燃烧转矩建模为扰动。开发了一种自适应谐波估计器,以使用线性参数变化技术来过滤非周期性平均值和谐波分量。开发的估算方法具有无相位估算,最小模型假设,可调噪声衰减和有效的时间触发实现的特点。通过仿真证明了使用产生的转矩的谐波滤波进行失火事件检测。实验验证是在动态发动机试验台上进行的,该试验台具有批量生产的四缸柴油发动机,用于估计发动机起动和瞬态运行期间的燃烧扭矩及其平均值。通过将其应用于估算与两缸汽油发动机串联运行的电机的非周期性速度值,可以证明所提出技术的一般性质。