1. PRIMERAS JORNADAS DE GESTION DE ACTIVOS & EFICIENCIA
ENERGETICA
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Católica de Chile
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Mejoramiento de Consumo de
Combustible en Camión Komatsu
930E-4 Mediante Simulación
Dinámica del Sistema de Tracción
Cristian González Focacci
Pontificia Universidad Católica de
Chile, Escuela de Ingeniería
1
2. PRIMERAS JORNADAS DE GESTION DE ACTIVOS & EFICIENCIA
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Definición problema
2
• Estrategias disminución
consumo de combustible
para trayectoria dada.
Objetivo
• Interacciones dinámicas
complicadas entre
componentes sistema.
Problema
• Simulación dinámica de
sistema de tracción.
Solución
Propuesta
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Alcances Simulador
Ciclos propulsión
(acelerador).
Movimiento Rectilíneo.
Extensible a otros
sistemas/modos operación.
3
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Estructura general simulador
4
Entorno
Pendiente
Coef. roce
Acelerador
Perfil velocidad
Consumo combustible
Conductor
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Sistema de Tracción 930E-4: ciclos
propulsión
5
M
M
Diesel Alternador
Rect.
Inv. 2
Inv. 1
Bus DC
Flujo Potencia
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Coordinación y control de
componentes
6
Actuadores
Control
Regulatorio
Control
Central
Control
Sistema
Propulsión
Motores AC
(Torque)
Inversores
Motor Diesel
(Velocidad)
Inyector
Combustible
Link DC
(Voltaje)
Alternador
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Modelamiento: EMR
• Energetic Macroscopic Representation
▫ Simplifica modelamiento de sistemas electromecánicos.
7
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Modelamiento: Supuestos
Controladores estáticos perfectos.
Modelos eléctricos estáticos (régimen
sinusoidal permanente).
Máquinas trifásicas balanceadas.
Motores tracción idénticamente
operados.
8
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Modelamiento: EMR Sistema Tracción
9
Iinv1
Iinv2
Vdc
Vdc
Vm1
Vm2
Im2
Im1 Teje1
Tm1
Wm1
Wm2
Wm2Tm2
Teje2
Wm1
vr2
vr1
vcamión
Fresistente
Fr2
Fr1
Tmot1*
Tmot2*
Link DC Inversor Motor AC Eje Tx/Rueda
Acoplamiento
rueda/camión Entorno
Wice
Talt Ialt
Valt
Idc
Vdc
Wice*
RectificadorAlternadorMotor DieselCombustible
Vdc*
Wice
Hl
dm_f
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Modelamiento: Control Central
• Cálculo de referencias a partir de comando
conductor:
▫ Pedal aceleración
10
***
iceDCVT
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Modelamiento: Comportamiento
Conductor
• Modelo conductor: controlador PID.
▫ Inputs: velocidad actual y deseada.
▫ Output: torque motriz requerido (posición
acelerador).
• Modelo simplista. Influye sobre el resultado de
simulaciones.
11
12. PRIMERAS JORNADAS DE GESTION DE ACTIVOS & EFICIENCIA
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Modelamiento: Comentarios
Construcción simulador en MATLAB/Simulink
Modelos de mayor precisión/complejidad
posible:
• Esfuerzo computacional.
• Datos disponibles.
Estimación parámetros simulador
• Valores nominales.
• Tanteo.
12
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Simulación: Escenario
13
Fuente: Tarea 2 Curso IMM2010 – Minería a Cielo Abierto, Pontificia Universidad Católica de Chile, Centro de Minería, Prof. Ronald Guzmán,
2010.
0 500 1000 1500 2000
0
50
100
150
X[m]
Y[m]
TRAYECTORIA SIMULACIÓN
• Pendiene 0-9%.
• Coef. Rodadura
4-8%.
• Longitud
2165[m]
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Simulación: Escenario
• Velocidad inicial = 0 [km/h]
• Carga camión = 250 [ton]
• Velocidad referencia
▫ Tres perfiles distintos.
14
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Simulación: Estrategias Velocidad
• Perfil #1
▫ Vmedia = 20[km/h]
• Perfil #2
▫ Vmedia = 18.4[km/h]
• Perfil #3
▫ Vmedia = 20.6[km/h]
15
0
10
20
30
Perfil #1
[km/h]
10
20
30
[km/h]
Perfil #2
400 800 1200
1
1600 20000
110
20
30
L [m]
[km/h]
Perfil #3
0
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Simulación: Resultados
• Seguimiento
referencia
▫ Modelo conductor.
• Tiempos de viaje
▫ Velocidades
medias.
16
0 50 100 150 200 250 300 350
0
10
20
30
[km/h]
Perfil #1
0 50 100 150 200 250 300 350 400
0
10
20
30
[km/h]
Perfil #2
0 50 100 150 200 250 300 350
0
10
20
30
Tiempo [s]
[km/h]
Perfil #3
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Simulación: Resultados
17
1
0.65
0.52
Consumo Total Combustible
(Normalizado)
Perfil #1 Perfil #2 Perfil #3
393
427
381
Tiempo Viaje [s]
Perfil #1 Perfil #2 Perfil #3
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Simulación: Resultados
• Valores
normalizados
▫ Valores numéricos
inadecuados.
▫ Falta de datos
calibración.
18
0 20 40
0
50
100
150
200
[m]
200 400 600
0
5
10
15
20
[m]
Tasa Consumo Combustible
600 800 1000 1200 1400
0.55
0.6
0.65
0.7
0.75
0.8
[m]
Perfil #1
Perfil #2
Perfil #3
0 20 40
0
1
2
3
4
[m]
200 400 600
0
2
4
6
8
10
12
Torque Solicitado
[m]
600 800 1000 1200 1400
1.25
1.3
1.35
1.4
1.45
[m]
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Simulación: Discusión
Menor consumo
combustible con
perfil de
velocidad más
“suave”.
Distribución de
aceleración a lo
largo de
trayectoria
19
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000
0
10
20
30
[km/h]
Velocidad Perfil #3
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000
-0.5
0
0.5
1
L[m]
[m/s
2
] Aceleración Perfil #3
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Conclusiones Finales
Resultados coherentes en cuanto a tendencias
Imprecisión en valores numéricos
• Falta de datos para estimación de parámetros.
• Falta de datos validación.
Simulador como plataforma inicial
• Potencial para mejoras - datos detallados de componentes.
• Carácter modular - extensible a otras aplicaciones.
20
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Agradecimientos
• Daniel Alfaro, Komatsu Chile.
• Edgardo Quintero, Komatsu Chile.
• Dr. Aldo Cipriano, Profesor Guía.
• Dr. Rodrigo Pascual, Profesor Curso.
21
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MUCHAS GRACIAS
Cristian González Focacci
Pontificia Universidad Católica de
Chile, Escuela de Ingeniería
22
Editor's Notes
El objetivo del trabajo es probar distintas estrategias de conducción, en términos de perfiles de velocidad y aceleración, para minimizar el consumo de combustible en una trayectoria dada.
El hecho de trabajar con velocidades/aceleraciones que van cambiando a medida que se avanza, hace inapropiado realizar cálculos con valores promedio, ya que se pasa por alto la dinámica del movimiento del camión.
Por lo tanto, la solución que propongo para el problema es construir un simulador dinámico para el sistema de tracción del camión.
El simulador que construí se limita a los ciclos de propulsión del camión, es decir, a la operación del camión cuando el conductor pisa el acelerador. El freno no está considerado.
Además , se considera movimiento rectilíneo.
En otras palabras, el simulador es aplicable solo para trayectorias rectas que no necesiten freno, o sea caminos en subida.