Ο σχεδιασμός ενός Προσαρμοστικού Συστήματος Ελέγχου επιβολής φόρτισης σε ναυτικό
κινητήρα Diesel, αποτελεί το βασικό στόχο αυτής της Διπλωματικής Εργασίας. Ο Προσαρ-
μοστικός Ελεγκτής εφαρμόζεται στην αναλογική βαλβίδα εξόδου νερού της υδραυλικής πέ-
δης (1.2 MW), που είναι συνδεδεμένη με τον ναυτικό κινητήρα CATERPILLAR 3176B (448 kW)
του Εργαστηρίου Ναυτικής Μηχανολογίας (ΕΝΜ). Η επιβολή της επιθυμητής φόρτισης στον
άξονα του κινητήρα αποτελεί το πρόβλημα ελέγχου. Η προσαρμογή της επιθυμητής φόρτι-
σης του κινητήρα γίνεται μέσω ρύθμισης της παροχής του νερού στην έξοδο της υδραυλικής
πέδης με χρήση του υπό σχεδίαση συστήματος ελέγχου κλειστού βρόχου με είσοδο ροπής
(φόρτισης) αναφοράς. Γίνεται χρήση αλγορίθμου αναγνώρισης συστήματος τύπου gradient
προς την δημιουργία γραμμικού μαθηματικού μοντέλου του συστήματος της υδραυλικής πέ-
δης. Τόσο οι εκτιμώμενες παράμετροι του ελεγκτή αλλά και του συστήματος της πέδης χρησι-
μοποιούνται για τη δημιουργία της εντολής ελέγχου. Ένας τέτοιος ελεγκτής ονομάζεται Συν-
δυασμένος Προσαρμοστικός Ελεγκτής λόγω της συνδυασμένης χρήσης αλγορίθμων ελέγχου
και αναγνώρισης συστήματος.
Τα αποτελέσματα της πειραματικής αξιολόγησης των συστημάτων ελέγχου στην εγκατά-
σταση της υδραυλικής πέδης δείχνουν ότι ο Συνδυασμένος Προσαρμοστικός Ελεγκτής δεν
μπορεί να οδηγήσει το σύστημα σε ευσταθή και ικανοποιητική απόκριση. Η αστάθεια στην
απόδοσή του οφείλεται στην παρουσία θορύβου στις μετρήσεις των σημάτων του συστήμα-
τος και στην ύπαρξη μη μοντελοποιημένης δυναμικής ανώτερης τάξης στο σύστημα, στοιχεία
που επηρέασαν αρνητικά την αποδοτικότητα τόσο του αλγορίθμου αναγνώρισης συστήματος
αλλά και του ελεγκτή. Ο απλός Προσαρμοστικός Ελεγκτής οδήγησε σε ικανοποιητικά αποτε-
λέσματα έπειτα από τη χρήση της τεχνικής της νεκρής ζώνης (dead-zone), προς βελτίωση της
ευρωστότητας του ελεγκτή, και αναλογικού κέρδους για μείωση της τιμής της εντολής ελέγ-
χου στα επιθυμητά επίπεδα.
Όλες οι πειραματικές δοκιμές πραγματοποιήθηκαν με χρήση των προγραμμάτων
MATLAB/Simulink και dSPACE Rapid Prototyping Environment.
The main purpose of this diploma Thesis was the design of an adaptive load control
system on a marine diesel engine, in the powertrain facilities in LME. Control was
applied on the outlet analog water valve of a 1.2 MW water brake dyno, coupled to
a 448 kW marine diesel engine, during transient low load operation. Control of water
brake’s fill level results in control of applied torque (load) to the engine shaft. The type
of adaptive controller chosen for the implementation of load controller was Combined
Model Reference Adaptive Control (CMRAC), a combination of direct and indirect
MRAC (Model Reference Adaptive Control). Gradient system identification algorithm
was used for water brake system plant parameters estimations. Both plant parameters
and controller parameters estimations were used for the construction of the control
command to the analog valve.
Results from experimental evaluation of MRAC and CMRAC proved that both
controllers were unstable in the presence of nonlinearities and measurement noise of a
complex process like that of the water brake. System response to control command was
oscillatory and control error did not converge to zero. System identification algorithm
overestimated water brake plant parameters leading to overestimation of controller parameters.
Finally, the use of dead-zone robustness technique, so as to eliminate response
oscillations, and of proportional gain, so as to decrease control law values, led the final
experimental test of a MRAC load control system to successful performance with good
stability and generated control error converging to zero. Experimental evaluation of
controllers and system identification algorithms’ stability and convergence properties
were also carried out using a laboratory device and computer simulation. All of the experimental
and computer simulation trials were implemented using MATLAB/Simulink
and dSPACE Rapid Prototyping Environment.