Adaptive Control Strategy for Viscous Fans
2024 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE credits
Student thesisAlternative title
Adaptiv reglerstrategi för viskofläktar (Swedish)
Abstract [en]
Commercial vehicle manufactures, such as Scania, use a wide range of viscous clutch fans, which are important in their cooling systems. These fans require lots of energy, increasing carbon emissions of the vehicle, and are loud when they are run at high speeds. It is thus important that the fan controller is well tuned and that the fan is only utilized when necessary. Due to the large variety of fans and installations the fan control suits most fans only reasonably well. This can be improved by making use of an adaptive control strategy. When applied to a fan system, the designed control strategy should be capable of compensating for process variations due to wear of the plant, and it should bring about good performance on various viscous clutch systems, without the need for re-calibration of the controller. Thus saving time for future installations. In this report, the method for the system identification of a viscous clutch fan is first presented, along with the resulting models, and the important dynamics and characteristics that these systems display. Secondly, design and implementation of an adaptive control strategy for the control of various viscous clutch fans with different dynamics is presented. This strategy makes use of a classic indirect self-tuning regulator. To ensure the controller can compensate for both abrupt and slow dynamics changes of the plant, the traditional recursive least squares model parameter estimator is modified to use an adaptive forgetting factor determined using a fuzzy inference system. The implementation is evaluated in simulation, where the results show the ability of the adaptive controller to track a requested fan speed under both slow and abrupt process changes, and on different fan models. These results are compared to those obtained by a previous work on the subject, as well as the existing control strategy, at Scania.
Abstract [sv]
Fordonstillverkare som Scania använder en stor variantflora av viskofläktar, dessa har stor betydelse för kylsystemet. Fläktarna kräver stora mängder energi vid inkoppling och för höga varvtal genereras höga ljud. Därför är det viktigt att regulatorn är väl kalibrerad och endast används när kylbehovet finns. Den stora variantfloran av fläktar och kylsystemskomponenter gör att en icke optimal kalibrering används som fungerar tillräckligt tillfredställande för de flesta varianterna. Detta kan förbättras genom att nyttja en adaptiv reglerstrategi. När en sådan metod används på en viskofläkt bör regulatorn kunna kompensera för åldring av systemet, men även kunna minska behovet av att genomföra en kalibrering för nya fläktvarianter. Därmed bör tid kunna sparas för framtida installationer. I denna uppsats presenteras en metod för att identifiera viskofläktens dynamiska system och systemets viktigaste egenskaper. Därtill presenteras implementeringen av en adaptiv regulator för olika viskofläktar med olika dynamiska egenskaper. Metoden använder en klassisk indirekt självadapterande regulator. För att säkerställa att regulatorn kan kompensera för abrupta och långsamma förändringar av systemets dynamik används den traditionella rekursiva metoden med en adaptiv faktor som bestäms av oskarp logik. Implementeringen har utvärderats i simulering, där resultaten visar att den adaptiva regulatorn kan reglera önskat fläktvarvtal under snabba som långsamma förändringar av systemdynamiken för olika fläktar. Resultaten jämförs med tidigare arbete inom området och med Scanias nuvarande reglerstrategi.
Place, publisher, year, edition, pages
2024. , p. 75
Series
TRITA-EECS-EX ; 2024:954
Keywords [en]
Adaptive control, Self-tuning regulators, System identification, Modeling, Viscous clutch fans, Recursive estimation, Fuzzy logic, Fuzzy inference, Control engineering, Vehicle engineering
Keywords [sv]
Adaptiv reglering, Självadapterande regulatorer, Systemidentifiering, Model- lering, Viskofläkt, Rekursiv estimering, oskarp logik, oskarp interference, Reglerteknik
National Category
Electrical Engineering, Electronic Engineering, Information Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-361112OAI: oai:DiVA.org:kth-361112DiVA, id: diva2:1943686
External cooperation
Scania AB
Supervisors
Examiners
2025-03-172025-03-112025-03-17Bibliographically approved