Yıl 2019, Cilt 12 , Sayı 3, Sayfalar 1640 - 1650 2019-12-31

Kesir Dereceli PID Denetleyici Kullanarak İçten Yanmalı Motorlarda Otonom Termal Yönetim Sistemi Tasarımı
The Design of Autonomous Thermal Management System For An Internal Combustion Engine Using Fractional Order PID Controller

Ali Rıza KALELİ [1]


Bu çalışmada, kesir dereceli PID (FOPID) tipi kontrolcülerin içten yanmalı motorlarda bağımsız soğutma sistemi için tasarımı gerçekleştirilmiştir.  Önerilen kontrol stratejisinde kontrolcü parametrelerinin belirlenmesinde doğrusal olamayan optimizasyon tekniği kullanılmıştır. Otonom motor soğutma şeklinde isimlendirilen bu sistem, geleneksel sisteme göre optimal ısı yönetimi bakımından üstün bir performans sağlar. Tasarımda öncelikle soğutma sisteminin matematiksel modeli elde edilmiştir. Sonrasında soğutma sistemi bileşenleri için önerilen kontrol stratejisi hem sabit ve hem de geçici motor çalışma koşulları için test edilmiştir. Sabit çalışma koşullarında kontolcü sayesinde motor çıkış sıcaklığını izeleme hatası 0,0248 ve değişken koşullarda ise sıcaklık izleme hatası ise 2,108 elde edilmiştir.

In this study, the fractional order PID type controller is designed an independent cooling system for internal combustion engines. Nonlinear optimization technique is used to determine the controller parameters in the proposed strategy. The system is named as autonomous engine cooling system and it provides a superior performance in terms of optimal thermal management compared to conventional systems. Fistly, the mathematical model of engine thermal system is derived. Next, in order to adjust cooling system electromechanical components, the proposed control strategy is tested both steady and transient engine operating conditions. In the steady state operating conditions, engine output temperature tracking error is 0,0248and the tracking error is obtained 2.108 ℃, in variable temperature conditions.

içten yanmalı motorlar, termal yönetim sistemi, kesir dereceli PID, parametre optimizasyonu
  • Allen, D. J., & Lasecki, M. P. (2001). Thermal Management Evolution and Controlled Coolant Flow. https://doi.org/10.4271/2001-01-1732
  • Bequette, B. W. (2019, September 2). Process control practice and education: Past, present and future. Computers and Chemical Engineering, Vol. 128, pp. 538–556. https://doi.org/10.1016/j.compchemeng.2019.06.011
  • Boudjehem, B., & Boudjehem, D. (2013). Fractional order controller design for desired response. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers. Part I: Journal of Systems and Control Engineering. https://doi.org/10.1177/0959651812456647
  • Büche, D., Stoll, P., Dornberger, R., & Koumoutsakos, P. (2002). Multiobjective evolutionary algorithm for the optimization of noisy combustion processes. IEEE Transactions on Systems, Man and Cybernetics Part C: Applications and Reviews, 32(4), 460–473. https://doi.org/10.1109/TSMCB.2002.804372
  • Castiglione, T., Pizzonia, F., & Bova, S. (2016). A Novel Cooling System Control Strategy for Internal Combustion Engines. https://doi.org/10.4271/2016-01-0226
  • Chiara, F., & Canova, M. (2013). A review of energy consumption, management, and recovery in automotive systems, with considerations of future trends. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part D: Journal of Automobile Engineering, 227(6), 914–936. https://doi.org/10.1177/0954407012471294
  • Choi, K.-W., Kim, K.-B., & Lee, K.-H. (2009). Effect of New Cooling System in a Diesel Engine on Engine Performance and Emission Characteristics. SAE International Journal of Engines, 2(1), 77–82. https://doi.org/10.4271/2009-01-0177
  • Dumlu, A., & Ayten, K. K. (2018). Bir Otonom Elektrikli Tekerlekli Sandalyenin Hesaplamalı Tork Kontrol Yöntemiyle Yörünge Kontrolünün Gerçekleştirilmesi. Erzincan Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi. https://doi.org/10.18185/erzifbed.382359
  • Eberth, J. F., Wagner, J. R., Afshar, B. A., & Foster, R. C. (2004). Modeling and Validation of Automotive “Smart” Thermal Management System Architectures. https://doi.org/10.4271/2004-01-0048
  • Fleming, P. J., & Purshouse, R. C. (2002). Evolutionary algorithms in control systems engineering: A survey. Control Engineering Practice, 10(11), 1223–1241. https://doi.org/10.1016/S0967-0661(02)00081-3
  • Hakariya, M., Toda, T., & Sakai, M. (2017). The New Toyota Inline 4-Cylinder 2.5L Gasoline Engine. https://doi.org/10.4271/2017-01-1021
  • Jafari, S., Dunne, J. F., Langari, M., Yang, Z., Pirault, J.-P., Long, C. A., & Thalackottore Jose, J. (2016). A review of evaporative cooling system concepts for engine thermal management in motor vehicles. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part D: Journal of Automobile Engineering, 231(8), 1126–1143. https://doi.org/10.1177/0954407016674606
  • Jander, B. S., & Baar, R. (2017). Modeling Thermal Engine Behavior Using Artificial Neural Network. https://doi.org/10.4271/2017-01-0534
  • John, H. (1988). Internal combustion engine fundamentals. McGraw-Hill Science.
  • Li, H., & Chen, Y. (2008). A fractional order proportional and derivative (FOPD) controller tuning algorithm. 2008 Chinese Control and Decision Conference, 4059–4063. IEEE.
  • Özdemir, M. T., Öztürk, D., Eke, I., Çelik, V., & Lee, K. Y. (2015). Tuning of Optimal Classical and Fractional Order PID Parameters for Automatic Generation Control Based on the Bacterial Swarm Optimization. IFAC-PapersOnLine, 48(30), 501–506. https://doi.org/10.1016/j.ifacol.2015.12.429
  • Pang, H. H., & Brace, C. J. (2004). Review of engine cooling technologies for modern engines. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part D: Journal of Automobile Engineering, 218(11), 1209–1215. https://doi.org/10.1243/0954407042580110
  • Podlubny, I. (1999). Fractional-order systems and PIλDμ-controllers. IEEE Transactions on Automatic Control. https://doi.org/10.1109/9.739144
  • Postalcıoğlu, S., & Köktürk, Ç. (2019). Bilgisayar Destekli DC Motor Hız Denetimi. Erzincan Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi. https://doi.org/10.18185/erzifbed.510259
  • Shah, P., & Agashe, S. (2016). Review of fractional PID controller. Mechatronics. https://doi.org/10.1016/j.mechatronics.2016.06.005
  • Sheng, W., & Bao, Y. (2013). Fruit fly optimization algorithm based fractional order fuzzy-PID controller for electronic throttle. Nonlinear Dynamics, 73(1–2), 611–619. https://doi.org/10.1007/s11071-013-0814-y
  • Tao, X., & Wagner, J. R. (2016). An Engine Thermal Management System Design for Military Ground Vehicle - Simultaneous Fan, Pump and Valve Control. SAE International Journal of Passenger Cars - Electronic and Electrical Systems. https://doi.org/10.4271/2016-01-0310
  • Tepljakov, A., Petlenkov, E., Belikov, J., & Finajev, J. (2013). Fractional-order controller design and digital implementation using FOMCON toolbox for MATLAB. 2013 IEEE Conference on Computer Aided Control System Design (CACSD), 340–345. IEEE.
  • Wang, T., & Wagner, J. R. (2015). A Smart Engine Cooling System - Experimental Study of Integrated Actuator Transient Behavior. https://doi.org/10.4271/2015-01-1604
  • Will, F., & Boretti, A. (2011). A New Method to Warm Up Lubricating Oil to Improve the Fuel Efficiency During Cold Start. SAE International Journal of Engines, 4(1), 175–187. https://doi.org/10.4271/2011-01-0318
  • Xu, Z., Zhang, Y., Di, H., & Shen, T. (2019). Combustion variation control strategy with thermal efficiency optimization for lean combustion in spark-ignition engines. Applied Energy. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2019.113329
  • Zamani, M., Karimi-Ghartemani, M., Sadati, N., & Parniani, M. (2009). Design of a fractional order PID controller for an AVR using particle swarm optimization. Control Engineering Practice, 17(12), 1380–1387. https://doi.org/10.1016/j.conengprac.2009.07.005
Birincil Dil tr
Konular Mühendislik
Bölüm Makaleler
Yazarlar

Orcid: 0000-0002-3234-5922
Yazar: Ali Rıza KALELİ (Sorumlu Yazar)
Kurum: SAMSUN ÜNİVERSİTESİ
Ülke: Turkey


Tarihler

Yayımlanma Tarihi : 31 Aralık 2019

Bibtex @araştırma makalesi { erzifbed644767, journal = {Erzincan Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi}, issn = {1307-9085}, eissn = {2149-4584}, address = {}, publisher = {Erzincan Üniversitesi}, year = {2019}, volume = {12}, pages = {1640 - 1650}, doi = {10.18185/erzifbed.644767}, title = {Kesir Dereceli PID Denetleyici Kullanarak İçten Yanmalı Motorlarda Otonom Termal Yönetim Sistemi Tasarımı}, key = {cite}, author = {KALELİ, Ali Rıza} }
APA KALELİ, A . (2019). Kesir Dereceli PID Denetleyici Kullanarak İçten Yanmalı Motorlarda Otonom Termal Yönetim Sistemi Tasarımı. Erzincan Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi , 12 (3) , 1640-1650 . DOI: 10.18185/erzifbed.644767
MLA KALELİ, A . "Kesir Dereceli PID Denetleyici Kullanarak İçten Yanmalı Motorlarda Otonom Termal Yönetim Sistemi Tasarımı". Erzincan Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi 12 (2019 ): 1640-1650 <https://dergipark.org.tr/tr/pub/erzifbed/issue/51325/644767>
Chicago KALELİ, A . "Kesir Dereceli PID Denetleyici Kullanarak İçten Yanmalı Motorlarda Otonom Termal Yönetim Sistemi Tasarımı". Erzincan Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi 12 (2019 ): 1640-1650
RIS TY - JOUR T1 - Kesir Dereceli PID Denetleyici Kullanarak İçten Yanmalı Motorlarda Otonom Termal Yönetim Sistemi Tasarımı AU - Ali Rıza KALELİ Y1 - 2019 PY - 2019 N1 - doi: 10.18185/erzifbed.644767 DO - 10.18185/erzifbed.644767 T2 - Erzincan Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi JF - Journal JO - JOR SP - 1640 EP - 1650 VL - 12 IS - 3 SN - 1307-9085-2149-4584 M3 - doi: 10.18185/erzifbed.644767 UR - https://doi.org/10.18185/erzifbed.644767 Y2 - 2019 ER -
EndNote %0 Erzincan Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi Kesir Dereceli PID Denetleyici Kullanarak İçten Yanmalı Motorlarda Otonom Termal Yönetim Sistemi Tasarımı %A Ali Rıza KALELİ %T Kesir Dereceli PID Denetleyici Kullanarak İçten Yanmalı Motorlarda Otonom Termal Yönetim Sistemi Tasarımı %D 2019 %J Erzincan Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi %P 1307-9085-2149-4584 %V 12 %N 3 %R doi: 10.18185/erzifbed.644767 %U 10.18185/erzifbed.644767
ISNAD KALELİ, Ali Rıza . "Kesir Dereceli PID Denetleyici Kullanarak İçten Yanmalı Motorlarda Otonom Termal Yönetim Sistemi Tasarımı". Erzincan Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi 12 / 3 (Aralık 2020): 1640-1650 . https://doi.org/10.18185/erzifbed.644767
AMA KALELİ A . Kesir Dereceli PID Denetleyici Kullanarak İçten Yanmalı Motorlarda Otonom Termal Yönetim Sistemi Tasarımı. Erzincan Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi. 2019; 12(3): 1640-1650.
Vancouver KALELİ A . Kesir Dereceli PID Denetleyici Kullanarak İçten Yanmalı Motorlarda Otonom Termal Yönetim Sistemi Tasarımı. Erzincan Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi. 2019; 12(3): 1650-1640.