Zusammenfassung
Dieser Beitrag beschreibt die modellprädiktive Regelung (MPC) eines Abwärmerückgewinnungssystems für LKW-Dieselmotoren, welches auf dem Organic Rankine Cycle (ORC) basiert. Zahlreiche Publikationen behandelten bisher die Regelung des Hochdruckteils von ORC-Systemen. Allerdings erfordert der optimale Betrieb des betrachteten Systems auch eine genaue Regelung des Niederdruckteils.
Der Fokus dieser Arbeit liegt daher auf der Erweiterung einer bereits vorgestellten MPC des Hochdruckteils um die optimale Regelung des Niederdruckteils. Die Referenzgrößen für den optimalen Systembetrieb werden aus den Ergebnissen einer stationären Optimierung abgeleitet. Der Test des präsentierten Regelungskonzepts an einem mit Messungen validierten Simulationsmodell zeigt eine ausgezeichnete Folgeregelung der optimalen Referenzgrößen unter Einhaltung der Systembeschränkungen.
Abstract
This article presents the model predictive control (MPC) of an Organic Rankine Cycle (ORC) based waste heat recovery system for heavy-duty diesel engines. Former research works concerning ORC systems mainly focused on the control of the high-pressure part. However, the optimal operation of the considered system also requires an accurate control of the low-pressure part.
Thus, this article focuses on the extension of a recently presented model predictive control strategy of the high-pressure part by an MPC of the low-pressure part. The reference values for the controllers are derived from the results of a steady-state optimization. The test of the control concept on a simulation model, which was validated with measurements, shows that the optimal reference values can be accurately tracked while all relevant system constraints are met.
Funding statement: Die Autoren danken der Robert Bosch GmbH für die Finanzierung dieser Arbeit.
About the authors
Herwig Koppauer ist Doktorand am Institut für Automatisierungs- und Regelungstechnik (ACIN) an der TU Wien und F&E-Ingenieur bei der Engel Austria GmbH. Seine aktuellen Forschungsgebiete umfassen Methoden zur Regelung von ORC-Abwärmerückgewinnungssystemen und Methoden zur Prozess- und Maschinenüberwachung von Spritzgießmaschinen.
Wolfgang Kemmetmüller ist Associateprofessor am Institut für Automatisierungs- und Regelungstechnik (ACIN) an der TU Wien. Die Forschungsgebiete umfassen die physikalisch basierte Modellierung und nichtlineare optimale Regelung von mechatronischen Systemen mit vielfältigen Anwendungen in industriellen Prozessen.
Andreas Kugi ist Vorstand des Instituts für Automatisierungs- und Regelungstechnik (ACIN) an der TU Wien sowie Leiter des Centers for Vision, Automation & Control am Austrian Institute of Technology (AIT). Seine Hauptinteressen in Forschung und Lehre liegen im Bereich der Modellierung, Regelung und Optimierung komplexer dynamischer Systeme, des mechatronischen Systementwurfes sowie in der Robotik und Prozessautomatisierung. Er ist an einer Vielzahl von Industrieprojekten beteiligt, u. a. leitet er das Christian Doppler Labor für Modellbasierte Prozessregelung in der Stahlindustrie. Prof. Kugi ist wirkliches Mitglied der österreichischen Akademie der Wissenschaften und Mitglied der Deutschen Akademie der Technikwissenschaften (acatech).
Danksagung
Die Autoren danken Carolina Passenberg, Derya Lindenmeier und Matthias Bitzer für die Unterstützung und die hilfreichen technischen Diskussionen.
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© 2019 Walter de Gruyter GmbH, Berlin/Boston
