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dc.creatorHoffmann, João Eduardo-
dc.date.accessioned2023-01-16T12:47:46Z-
dc.date.available2023-01-16T12:47:46Z-
dc.date.issued2022-12-20-
dc.identifier.citationHOFFMANN, João Eduardo. Projeto e desenvolvimento de um sistema de controle preditivo baseado em modelo para gerenciamento térmico automotivo. 2022. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Ponta Grossa, 2022.pt_BR
dc.identifier.urihttp://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/30377-
dc.description.abstractIn automotive thermal management systems, an adaptive cooling operation is required as the engine’s heat rejection is constantly changing with the vehicle dynamics. Maintaining an optimal adaptive engine cooling can be achieved by delivering coolant flow at certain temperature states, as close as possible to actual needs. Currently, for the coolant temperature regulation, cooling fan control systems widely employ Proportional Integral Derivative (PID) controllers, as fast and light solutions in generating fan speed demands for the heat rejection process. Although interesting in terms of in-vehicle computational processing cost, the induction of disturbances from parameters not precisely estimated, in the system modelling, aggravate the low robustness in the regulation of the coolant temperature in the presence of uncertain thermal impacts. Aiming at improving the reduction of disturbances, a Model Predictive Control (MPC) strategy is proposed, as a method, algorithm, and strategy, applied on cooling fan control systems, for the generation of optimized fan speed demands in maintaining a predicted horizon of coolant temperatures at a set point configuration. Improvements on vehicle performance, fuel efficiency and emissions are potentially achieved with the application of machine learning strategies for the prediction and thermal optimization of the coolant temperature in a future control horizon, allowing a proposed Reinforcement Learning (RL) labeling model to perform searches for optimal fan speeds. The probabilistic strategy of the RL agent is improved in interacting and observing the coolant temperature response, from a thermal response model, with confidence from crosstime correlations with thermal impact variables, resulting in less deviance from configurable temperature set points when compared to classic feedback controllers. In addition, a human interpretable feature extraction process is proposed, using the Toeplitz Inverse Covariance-Based Clustering (TICC) method, in extracting accurate and interpretable structures in multivariate time series data, for addressing processing time concerns with the use of reliable and low dimensional feature representations. The results of an experimental physical evaluation demonstrate the effectiveness of the MPC solution in comparison to a classic controller, as it achieves the potential reductions of 1.53% and 0.61% in the consumption of fan power and fuel, respectively.pt_BR
dc.description.sponsorshipConselho Nacional do Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)pt_BR
dc.description.sponsorshipFundação Araucária de Apoio ao Desenvolvimento Científico e Tecnológico do Paranápt_BR
dc.description.sponsorshipFundação de Apoio à Educação, Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (FUNTEF-PR)pt_BR
dc.languageengpt_BR
dc.publisherUniversidade Tecnológica Federal do Paranápt_BR
dc.rightsopenAccesspt_BR
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/pt_BR
dc.subjectIndústria automobilísticapt_BR
dc.subjectControle preditivopt_BR
dc.subjectAnálise térmicapt_BR
dc.subjectAnálise por agrupamentopt_BR
dc.subjectAprendizagempt_BR
dc.subjectAutomobile industry and tradept_BR
dc.subjectPredictive controlpt_BR
dc.subjectThermal analysispt_BR
dc.subjectCluster analysispt_BR
dc.subjectLearningpt_BR
dc.titleDesign and development of a model-based predictive control system for automotive thermal managementpt_BR
dc.title.alternativeProjeto e desenvolvimento de um sistema de controle preditivo baseado em modelo para gerenciamento térmico automotivopt_BR
dc.typemasterThesispt_BR
dc.description.resumoNos sistemas de gerenciamento térmico automotivo, uma operação de refrigeração adaptativa é necessária pois a rejeição de calor do motor muda constantemente com a dinâmica do veículo. Um objetivo de refrigeração adaptativa ideal para o motor pode ser alcançado ao fornecer um fluxo de líquido refrigerante, em determinados estados de temperatura, o mais próximo possível das necessidades reais de coleta e rejeição de calor. Atualmente, para a regulação da temperatura do líquido refrigerante, sistemas veiculares de controle empregam amplamente controladores proporcional integral derivativo (PID), como processos de controle rápidos e leves, que geram demandas de velocidade do ventilador para o processo de atuação na rejeição de calor. Embora interessante em termos de custo computacional de processamento no veículo, a indução de distúrbios, a partir de parâmetros não estimados com precisão na modelagem do sistema, agrava a regulação da temperatura do líquido refrigerante na presença de diversas variáveis de impacto térmico. Com o objetivo de reduzir tais distúrbios, uma estratégia de controle preditivo baseado em modelo (MPC) é proposta, como um método, algoritmo e estratégia aplicados em sistemas de controle de ventiladores de veículos para a geração de demandas otimizadas de velocidade do ventilador na manutenção de um horizonte previsto de temperaturas do líquido refrigerante para uma configuração de set point de temperatura. Melhorias no desempenho do veículo, eficiência de combustível e emissões são potencialmente alcançadas com estratégias de aprendizado de máquina na previsão da temperatura e regulação térmica do líquido refrigerante e dos estados de impacto térmico em um horizonte futuro, definido para permitir que um modelo proposto de rotulagem com aprendizado por reforço (RL) realize buscas por velocidades ideais do ventilador. A estratégia probabilística do agente do modelo de rotulagem é aprimorada na interação e observação da resposta da temperatura do líquido refrigerante, a partir de um modelo de resposta térmica, com confiança em correlações de tempo cruzado com variáveis de impacto térmico, resultando em um menor desvio do set point de temperatura, comparado com controladores clássicos. Além disso, é proposto um processo de extração de características interpretáveis por humanos, com o uso do método de agrupamento baseado em covariância inversa Toeplitz (TICC), como um método de extração de estruturas precisas e interpretáveis em dados de séries temporais multivariadas, abordando otimizações no tempo de processamento na aplicação de representações confiáveis e de baixa dimensão. Os resultados de uma avaliação física experimental demonstram a eficácia da solução MPC em comparação com um controlador clássico, ao alcançar as potenciais reduções de 1,53% e 0,61% nos consumos de potência do ventilador e combustível, respectivamente.pt_BR
dc.degree.localPonta Grossapt_BR
dc.publisher.localPonta Grossapt_BR
dc.creator.IDhttps://orcid.org/0000-0002-8475-3928pt_BR
dc.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/2225238551538517pt_BR
dc.contributor.advisor1Santos, Max Mauro Dias-
dc.contributor.advisor1IDhttps://orcid.org/0000-0001-7877-3554pt_BR
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/6212006974231025pt_BR
dc.contributor.referee1Santos, Max Mauro Dias-
dc.contributor.referee1IDhttps://orcid.org/0000-0001-7877-3554pt_BR
dc.contributor.referee1Latteshttp://lattes.cnpq.br/6212006974231025pt_BR
dc.contributor.referee2Corrêa, Fernanda Cristina-
dc.contributor.referee2IDhttps://orcid.org/0000-0003-4907-0395pt_BR
dc.contributor.referee2Latteshttp://lattes.cnpq.br/1495216809511536pt_BR
dc.contributor.referee3Oliveira, Roberson Assis de-
dc.contributor.referee3Latteshttp://lattes.cnpq.br/4084638290047209pt_BR
dc.contributor.referee4Murari, Thiago Barros-
dc.contributor.referee4IDhttps://orcid.org/0000-0001-5598-2679pt_BR
dc.contributor.referee4Latteshttp://lattes.cnpq.br/7395331056978383pt_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Elétricapt_BR
dc.publisher.initialsUTFPRpt_BR
dc.subject.cnpqCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICApt_BR
dc.subject.capesEngenharia/Tecnologia/Gestãopt_BR
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