Gerenciamento de motor à combustão: projeto de controle PID com compensador feedforward para válvula borboleta. - Nogueira, Wellington Henrique (2025)
A estratégia de gerenciamento do motor à combustão possui três principais subsistemas relacionados às cadeias de atuação: admissão de ar, ignição e combustível. O subsistema de admissão de ar emprega a válvula borboleta eletrônica como principal atuador. Esse subsistema utiliza o controle de posição desse atuador como uma malha interna de controle, manipulando sua posição conforme a demanda de fluxo de ar, determinada pelos coordenadores do sistema de gerenciamento do motor. O atuador apresenta características não-lineares, sobretudo nas regiões de Limp Home e abaixo do Limp Home. Devido a essas não-linearidades, é necessário que o projeto do sistema de controle considere essas características e atenda às necessidades de operação e transição entre as regiões da válvula borboleta, principalmente durante manobras de partida e regime de idle do motor. Este estudo tem como objetivo a aplicação da plataforma FLEX ECU para gerenciamento de um motor à combustão, incluindo a utilização de um controlador Proporcional Integral Derivativo (PID) com compensador feedforward para controle da válvula borboleta eletrônica automotiva, com intuito de apresentar um método para o projeto do compensador feedforward e analisar seus efeitos em relação às não-linearidades do sistema. Inicialmente, foi realizado um estudo sobre a dinâmica do sistema para compreensão de seu funcionamento e das não-linearidades envolvidas. Um modelo da planta foi obtido utilizando-se um método de identificação de sistemas em malha fechada baseado na resposta ao degrau. O modelo obtido foi validado comparando-se com a resposta real da planta e utilizado para o projeto de um controlador PID. Além disso, experimentos foram conduzidos para obter-se um modelo que represente as não-linearidades do sistema. Este modelo foi aplicado para o projeto do compensador feedforward, em conjunto com o controlador PID, para compensar distúrbios e efeitos não-lineares envolvidos. O compensador feedforward mostrouse fundamental, o sinal dither, aplicado para compensar os atritos, e o esforço de pré-carga, utilizado para mitigar os efeitos da região de Limp Home, apresentaram bons resultados, minimizando os efeitos das não-linearidades presentes no sistema. Em resumo, o estudo aborda a modelagem da planta, com foco nas não-linearidades, e explora o controle PID em conjunto com o compensador feedforward projetado para melhorar o desempenho do controle da válvula borboleta eletrônica.