AT512062B1 - CONTROL STRUCTURE - Google Patents

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AT512062B1 AT16212011A AT16212011A AT512062B1 AT 512062 B1 AT512062 B1 AT 512062B1 AT 16212011 A AT16212011 A AT 16212011A AT 16212011 A AT16212011 A AT 16212011A AT 512062 B1 AT512062 B1 AT 512062B1
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Abstract

Die Erfindung betrifft Reglerstruktur (RS), insbesondere für eine Motorsteuerung für Fahrzeuge, mit als modulares System ausgebildeten Funktionseinheiten, wobei mehrere Funktionseinheiten über Schnittstellen zu einer Einheit zusammenfassbar sind. Um die Wartbarkeit, Testbarkeit und die Parametrierbarkeit zu verbessern, ist vorgesehen, dass die Reglerstruktur (RS) als Funktionseinheiten zumindest ein statisches Vorsteuermodul (Rffs) und zumindest ein Modul aus der Gruppe dynamisches Vorsteuermodul (Rffd), Rückführ-Regelungs-Modul (Rfb), Anti-Windup-Modul (Raw) und Totzeit-Kompensations-Modul (Rdel) aufweist.The invention relates to controller structure (RS), in particular for a motor control for vehicles, with functional units designed as a modular system, wherein a plurality of functional units can be combined via interfaces to form a unit. In order to improve the maintainability, testability and the parameterability, it is provided that the controller structure (RS) as functional units at least one static pilot module (Rffs) and at least one module from the group dynamic pilot module (Rffd), feedback control module (Rfb) , Anti-Windup Module (Raw) and Dead-Time Compensation Module (Rdel).

Description

österreichisches Patentamt AT512 062B1 2013-08-15Austrian Patent Office AT512 062B1 2013-08-15

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft eine Reglerstruktur, insbesondere für eine Motorsteuerung für Fahrzeuge, mit als modulares System ausgebildeten Funktionseinheiten, wobei mehrere Funktionseinheiten über Software-Schnittstellen zu einer Einheit zusammenfassbar sind.Description [0001] The invention relates to a controller structure, in particular for a motor control system for vehicles, having functional units designed as a modular system, wherein a plurality of functional units can be combined into one unit via software interfaces.

[0002] Aus der EP 1 950 096 B1 ist es bekannt, Funktionseinheiten als modulares System auszubilden, wobei die Funktionseinheiten über mechanische und elektrische Schnittstellen zu einer stabilen Einheit zusammenfassbar sind.From EP 1 950 096 B1 it is known to form functional units as a modular system, wherein the functional units can be combined via mechanical and electrical interfaces to form a stable unit.

[0003] Weiters ist es aus der DE 10 2006 005 557 A1 bekannt, einen Kontroller für ein Fahrzeug mit verschiedenen Teilmodulen auszuführen.Furthermore, it is known from DE 10 2006 005 557 A1 to execute a controller for a vehicle with different sub-modules.

[0004] Die DE 42 39 711 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung eines Fahrzeuges, mit zumindest zwei Teilsystemen, von denen eines ein Motorsteuersystem ist. Dabei wird eine einheitliche Schnittstelle zum Motorsteuerungssystem hin zur Verfügung gestellt, welche Querkoppelungen zwischen den Teilsystemen verringern und eine unabhängige Applikation und Beherrschung jedes Teilsystems erlaubt.DE 42 39 711 A1 describes a method and a device for controlling a vehicle, with at least two subsystems, one of which is a motor control system. A uniform interface to the engine control system is provided which reduces cross-coupling between the subsystems and allows for independent application and mastering of each subsystem.

[0005] Die bekannten Reglerstrukturen betreffen eine durch Hardwarekomponenten gebildete Modualisierung von Reglerstrukturen. Die Berechnungsschritte innerhalb der Reglerstruktur ist im Allgemeinen - aufgrund einer "gewachsenen" Struktur -mit entsprechend schrittweise verbesserter Reglersoftware monolithisch aufgebaut.The known controller structures relate to a modularization of controller structures formed by hardware components. The calculation steps within the controller structure is generally - due to a " grown " Structure - monolithic construction with stepwise improved controller software.

[0006] Vorsteuerung, Rückführregelung, Anti-Windup und eventuell Totzeitkompensation sind in heutigen Anwendungen in Motorsteuergeräten kombiniert und stark verflochten. Dieser Umstand erschwert eine schrittweise Parametrierung sowie das Testen erheblich.Pre-control, feedback control, anti-windup and possibly dead time compensation are combined in today's applications in engine control units and strongly intertwined. This circumstance makes gradual parameterization and testing difficult.

[0007] Speziell bei Mehrgrößenreglungen führt dies zu einem enorm hohen Aufwand bei Änderungen im Regelalgorithmus, da die Regelung als Ganzes betroffen ist. Versionierung, Komponententest, sowie Betriebsmodenumschaltungen werden erheblich nachteilig von einer nichtmodularen Softwarestruktur beeinflusst.Especially in multi-variable controls, this leads to an enormous amount of effort in changes in the control algorithm, since the scheme is affected as a whole. Versioning, component testing and mode switching are significantly adversely affected by a non-modular software structure.

[0008] Aufgabe der Erfindung ist es, Wartbarkeit, Testbarkeit und Parametrierbarkeit insbesondere automotiver Regelkreise zu erleichtern.The object of the invention is to facilitate maintainability, testability and parameterability in particular automotive control circuits.

[0009] Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass die Reglerstruktur als Funktionseinheiten zumindest ein statisches Vorsteuermodul und zumindest ein Modul aus der Gruppe dynamisches Vorsteuermodul, Rückführ-Regelungs-Modul, Anti-Windup-Modul und Totzeit-Kompensations-Modul aufweist.According to the invention this is achieved in that the controller structure as functional units has at least one static pilot module and at least one module from the group dynamic pilot module, feedback control module, anti-windup module and dead time compensation module.

[0010] Die gesamte Reglerstruktur wird somit durch spezielle softwarebasierte Teilmodule aufgebaut. Die Software-Schnittstellen sind derart gestaltet, dass einzelne Module auch weggelassen werden können.The entire controller structure is thus constructed by special software-based submodules. The software interfaces are designed so that individual modules can also be omitted.

[0011] Das statische Vorsteuermodul kann zumindest einen Eingang für zumindest einen momentanen Betriebspunkt, zumindest einen ersten Ausgang für zumindest einen vom momentanen Betriebspunkt abhängigen statischen Stellerwert und zumindest einen zweiten Ausgang für zumindest einen entsprechenden notwendigen statischen Sollwert aufweisen, wobei das statische Vorsteuermodul ausgebildet ist, um zumindest einen statischen Sollwert und zumindest einen entsprechenden notwendigen statischen Stellerwert in Abhängigkeit des momentanen Betriebspunktes zu ermitteln. Dabei liefert das statische Vorsteuerungsmodul die vom momentanen Betriebspunkt abhängigen statischen Sollwerte und die entsprechenden statisch notwendigen Stellerwerte.The static pilot module may have at least one input for at least one instantaneous operating point, at least one first output for at least one static actuator value dependent on the current operating point, and at least one second output for at least one corresponding required static nominal value, wherein the static pilot module is designed, in order to determine at least one static nominal value and at least one corresponding necessary static actuator value as a function of the instantaneous operating point. The static pilot control module supplies the static setpoint values that depend on the current operating point and the corresponding static required stator values.

[0012] Das dynamische Vorsteuermodul kann zumindest einen ersten Eingang für zumindest einen statischen Stellerwert, zumindest einen zweiten Eingang für zumindest einen statischen Sollwert, zumindest einen ersten Ausgang für zumindest einen dynamischen Stellerwert, und zumindest einen zweiten Ausgang für zumindest einen gefilterten Sensorwert aufweisen, wobei das dynamische Vorsteuermodul ausgebildet ist, um aus zumindest einem statischen Steller- 1 /8 österreichisches Patentamt AT512 062 B1 2013-08-15 wert und zumindest einem statischen Sollwert zumindest einen dynamischen Stellerwert und zumindest einen gefilterten Sensorwert zu ermitteln. Das dynamische Vorsteuerungsmodul liefert somit einen gefilterten Sensorwert, der im idealen Fall dem Ausgang der Strecke entspricht, wenn die entsprechenden dynamischen Stellerwerte am Streckeneingang wirken. Die dynamische Vorsteuerung kann auch einen Teil zur Störgrößenkompensation beinhalten.The dynamic pilot module may have at least one first input for at least one static actuator value, at least one second input for at least one static nominal value, at least one first output for at least one dynamic actuator value, and at least one second output for at least one filtered sensor value the dynamic pilot control module is designed to determine from at least one static actuator value and at least one static desired value at least one dynamic actuator value and at least one filtered sensor value. The dynamic feedforward module thus provides a filtered sensor value which, in the ideal case, corresponds to the output of the link when the corresponding dynamic actuator values act at the line input. The dynamic precontrol can also include a part for disturbance compensation.

[0013] Das Rückführ-Regelungs-Modul weist vorteilhafter Weise zumindest einen ersten Eingang für zumindest einen dynamischen Stellerwert, zumindest einen zweiten Eingang für zumindest einen gefilterten Sollwert, zumindest einen dritten Eingang für zumindest einen korrigierten Sensorwert und zumindest einen Ausgang für zumindest ein unbegrenztes Stellersignal auf, wobei das Rückführ-Regelungs-Modul ausgebildet ist, um - bei einer Abweichung zwischen dem erwarteten gefilterten Sensorwert und einem korrigierten Sensorwert - ein unbegrenztes Stellersignal zu liefern, welches sich aus einem momentanen Vorsteuerwert und einem Rückführanteil zur Korrektur der Abweichung zusammensetzt. Das Rückführ-Regelungsmodul ermöglicht somit eine statische Genauigkeit, auch wenn unbekannte Störungen auf die Strecke wirken oder das Streckenverhalten vom nominellen Verhalten abweicht. Bei einer Abweichung zwischen dem erwarteten Sensorwert und einem korrigierten Sensorwert besteht das Ausgabesignal aus dem momentanen Vorsteuerwert erweitert um den Rückführanteil zur Korrektur der Abweichung. Im Falle von starkem Messrauschen kann ein Beobachter als Teil des Rückführreglers das Verhalten der Regelung verbessern.The feedback control module advantageously has at least one first input for at least one dynamic actuator value, at least one second input for at least one filtered nominal value, at least one third input for at least one corrected sensor value and at least one output for at least one indefinite actuator signal wherein the feedback control module is adapted to provide an indefinite actuator signal composed of a current pilot value and a feedback amount for correcting the deviation, in the event of a deviation between the expected filtered sensor value and a corrected sensor value. The feedback control module thus enables a static accuracy, even if unknown disturbances act on the track or the track behavior deviates from the nominal behavior. In the event of a deviation between the expected sensor value and a corrected sensor value, the output signal consists of the instantaneous pilot control value extended by the feedback component for correcting the deviation. In the case of heavy measurement noise, an observer as part of the feedback controller can improve the behavior of the feedback control.

[0014] Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Anti-Windup-Modul zumindest einen ersten Eingang für zumindest ein unbegrenztes Stellersignal, zumindest einen zweiten Eingang für zumindest einen zeitkompensierten Sensorwert, zumindest einen dritten Eingang für zumindest eine Stellerbegrenzung, zumindest einen ersten Ausgang für ein begrenztes Stellersignal und zumindest einen zweiten Ausgang für zumindest einen korrigierten Stellenwert aufweist, wobei das Anti-Windup-Modul ausgebildet ist, um aus zumindest einem unbegrenzten Stellersignal, zumindest einer Stellerbegrenzung und zumindest einem totzeitkompensierten Sensorwert, zumindest einen begrenzten Stellerwert und zumindest einen um den Anteil der Stellerbegrenzung korrigierten Sensorwert zu ermitteln. Das Anti-Windup-Modul verhindert im Wesentlichen das unbegrenzte Anwachsen des Integratorteils im Regler, welches durch Stellerbegrenzungen verursacht wird. Das unbegrenzte Stellersignal und die Stellerlimitierungen stellen zusammen mit den totzeitkompensierten Sensorwerten die Eingänge dar. Die begrenzten Stellenwerte und der um den Anteil der Stellerbegrenzung korrigierte Sensorwert bilden die Ausgänge des Anti-Windup-Moduls.Preferably, it is provided that the anti-windup module at least a first input for at least one indefinite actuator signal, at least one second input for at least one time-compensated sensor value, at least a third input for at least one actuator limit, at least a first output for a limited Stellersignal and at least one second output for at least one corrected position, wherein the anti-windup module is formed from at least one unlimited actuator signal, at least one actuator limit and at least one dead time compensated sensor value, at least a limited actuator value and at least one by the proportion of Stellerbegrenzung corrected sensor value to determine. The anti-windup module essentially prevents the unlimited increase of the integrator part in the regulator, which is caused by actuator limitations. The infinite actuator signal and the actuator limits together with the dead-time compensated sensor values represent the inputs. The limited values and the sensor value corrected by the proportion of the actuator limit constitute the outputs of the anti-windup module.

[0015] Im Rahmen der Erfindung ist vorgesehen, dass das Totzeit-Kompenstations-Modul zumindest einen ersten Eingang für zumindest eine Sensorgröße und zumindest einen ersten Ausgang für zumindest einen totzeitkompensierten Sensorwert aufweist, wobei das Totzeit-Kompenstations-Modul ausgebildet ist, um vorzugsweise nach dem Prinzip des Smith Prädik-tors aus zumindest einer Sensorgröße zumindest einen totzeitkompensierten Sensorwert zu ermitteln. Die Struktur eines Smith Prädikators wird beispielsweise in „Rapid Control Prototy-ping", Abel D., Bölling A., Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2006, beschrieben. Das Totzeit-Kompenstations-Modul kann weiters zumindest einen zweiten Eingang und zumindest einen zweiten Ausgang für zumindest einen begrenzten Stellenwert aufweisen, wobei vorzugsweise das Totzeit-Kompenstations-Modul ausgebildet ist, um den begrenzten Stellenwert unverändert durchzuschleusen. Die Totzeitkompensation im Totzeit-Kompensations-Modul verbessert das Regelkreisverhalten beim Vorhandensein von bekannten Totzeiten in der Strecke. Dabei wird das Stellersignal nicht verändert, die Sensorgrößen werden jedoch nach Prinzip des sogenannten "Smith-Prädiktors" korrigiert.In the context of the invention it is provided that the dead time Kompenstations module has at least a first input for at least one sensor size and at least a first output for at least one dead time compensated sensor value, wherein the dead time Kompenstations module is designed to preferably after The principle of Smith Predictor from at least one sensor size to determine at least one dead time compensated sensor value. The structure of a Smith predicator is described, for example, in "Rapid Control Prototyping", Abel D., Bolling A., Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2006. The dead time compensation module may further comprise at least one second input and at least one second output for at least a limited value, wherein preferably the dead time Kompenstations module is designed to pass through the limited significance unchanged. The dead-time compensation in the dead-time compensation module improves the control loop behavior in the presence of known dead times in the track. In this case, the actuator signal is not changed, the sensor sizes are, however, according to the principle of the so-called " Smith predictor " corrected.

[0016] Die Erfindung im Folgenden anhand der Fig. näher erläutert.The invention explained in more detail below with reference to FIG ..

[0017] Die Fig. zeigt eine Reglerstruktur RS mit mehreren zu einem Gesamtregler verschalteten Reglermodulen. Dabei ist mit G die zu regelnde Strecke bezeichnet.The FIGURE shows a controller structure RS with several connected to a total controller controller modules. Here, G denotes the route to be controlled.

[0018] Die Reglerstruktur RS betrifft den Reglerkern. Dies bedeutet, dass aus der Sicht des Reglerkerns, Sensoren sowie Aktuatoren zur Strecke G gezählt werden, wobei eine unterlager- 2/8 österreichisches Patentamt AT512 062B1 2013-08-15 te Positionsregelung vorausgesetzt wird.The controller structure RS relates to the controller core. This means that, from the point of view of the controller core, sensors and actuators are counted to the distance G, whereby a subordinate position control is assumed.

[0019] Der Regleralgorithmus R stellt einen Teil der Steuerungssoftware dar. Mit u sind die Stellerwerte, mit y die erfassten Sensorwerte bezeichnet. Die Auswertung des Regelalgorithmus R erfolgt zyklisch und die Regelung ist somit zeitdiskret.The controller algorithm R represents a part of the control software. U are the actuator values, y the sensed sensor values. The evaluation of the control algorithm R takes place cyclically and the control is thus time-discrete.

[0020] Für die Struktur der Regelung wird hier ein modularer Aufbau vorgeschlagen. Dabei bestimmen einzelne Module, jedes für sich, bestimmte Eigenschaften des Regelkreises. Die Module sind so konzipiert, dass die spezielle Eigenschaften jedes Moduls in ihrer Wirkung im Betrieb über so genannte Tuningfaktoren einstellbar bleiben. Als Tuningparameter werden hier Parameter bezeichnet, die bis zum Ende der Parametrierung des Reglers als übergeordnete Einstellparameter beziehungsweise Entwurfsfreiheitsgrade offen bleiben und verändert werden können, ohne dass dadurch eine Anpassung der anderen Reglerparameter notwendig wird. Die Bezeichnung „im Betrieb" bezieht sich hier auf den Betrieb während beispielsweise einer Motorabstimmung (Applikation), bei der die entgültigen Reglereinstellungen erarbeitet und getestet werden.For the structure of the scheme, a modular structure is proposed here. Individual modules, each individually, determine certain properties of the control loop. The modules are designed so that the special properties of each module remain adjustable in their effect during operation via so-called tuning factors. Tuning parameters are here called parameters which remain open and can be changed as higher-level setting parameters or design degrees of freedom until the parameterization of the controller has ended, without it being necessary to adapt the other controller parameters. The term "in operation" refers here to the operation during, for example, a motor calibration (application) in which the final controller settings are worked out and tested.

[0021] Es besteht auch die Möglichkeit unterschiedliche Module entfallen zu lassen oder zu deaktivieren, wenn auf die entsprechenden Eigenschaften verzichtet werden kann. Die einzelnen Module weisen Parameter und eindeutige Vorschriften zur Berechnung auf. Vorteilhafter Weise teilen sich verschiedene Module gemeinsame Parameter und reduzieren dadurch weiter die Gesamtzahl der nötigen Reglerparameter und somit die Größe des in der Implementierung benötigten Speichers.It is also possible to dispense with different modules or disable if you can dispense with the corresponding properties. The individual modules have parameters and clear rules for the calculation. Advantageously, different modules share common parameters and thereby further reduce the total number of necessary controller parameters and thus the size of the memory required in the implementation.

[0022] In der Fig. ist die Verschaltung aller Reglermodule zu einem Gesamtregler abgebildet. Die Reglerstruktur RS des Gesamtreglers beinhaltet folgende Module und deren Schnittstellen: 1. Statisches Vorsteuermodul RffS: [0023] Das statische Vorsteuermodul Rffs liefert die vom momentanen Betriebspunkt z abhängigen statischen Sollwerte rs und die entsprechenden notwendigen statischen Stellerwerte us. 2. Dynamisches Vorsteuermodul Rffd: [0024] Das dynamische Vorsteuermodul Rffd liefert einen gefilterten Sollwertwert yff (entspricht dem erwarteten Sensorwert), der im idealen Fall dem Ausgang der Strecke G entspricht, wenn die entsprechenden dynamischen Stellenwerte Uff am Streckeneingang wirken. Das dynamische Vorsteuermodul Rffd kann auch einen Teil zur Störgrößenkompensation beinhalten. 3. Rückführ-Regelungs-Modul Rfb: [0025] Das Rückführ-Regelungsmodul Rfb ermöglicht statische Genauigkeit, auch wenn unbe kannte Störungen auf die Strecke G einwirken oder wenn das Streckenverhalten vom nominellen Verhalten abweicht. Bei einer Abweichung zwischen dem erwarteten Sensorwert (entspricht dem gefilterten Sollwert yff) und dem korrigierten Sensorwert ynsat besteht der das Ausgabesignal bildende unbegrenzte Stellenwert uc aus dem momentanen Vorsteuerwert udff erweitert um einen Rückführanteil zur Korrektur der Abweichung. Im Fall von starkem Messrauschen kann ein Beobachter als Teil des Rückführ-Regelungs-Moduls Rfbdas Verhalten der Regelung verbessern. 4. Anti-Windup-Modul Raw: [0026] Das Anti-Windup-Modul Raw verhindert im Wesentlichen das unbegrenzte Anwachsen des Integrator-Teils im Regler, welches durch Stellerbegrenzungen verursacht wird. Das unbegrenzte Stellersignal uc und die Stellerlimitierungen U|im stellen zusammen mit den totzeitkompensierten Sensorwerten ynd die Eingänge dar. Die begrenzten Stellenwerte usat und der um den Anteil der Stellerbegrenzung korrigierte Sensorwert ynsat bilden die Ausgänge des Anti-Windup-Moduls Raw. 5. Totzeit-Kompensations-Modul Rde\'· [0027] Das Totzeit-Kompensations-Modul Rdei verbessert das Regelkreisverhalten beim Vor- 3/8 österreichisches Patentamt AT512 062 B1 2013-08-15 handensein von Totzeiten in der Strecke G. Dabei wird das Stellersignal usat nicht verändert, die Sensorgrößen y werden jedoch nach dem Prinzip des Smith-Prädiktors zum zeitkompensierten Sensorwert ynb korrigiert.In the figure, the interconnection of all controller modules is shown to a total controller. The controller structure RS of the overall controller contains the following modules and their interfaces: 1. Static pilot control module RffS: The static pilot control module Rffs supplies the static setpoint values rs dependent on the instantaneous operating point z and the corresponding necessary static controller values μs. 2. Dynamic pilot control module Rffd: The dynamic pilot control module Rffd supplies a filtered setpoint value yff (corresponds to the expected sensor value) which, in the ideal case, corresponds to the output of the route G when the corresponding dynamic positions Uff act at the line input. The dynamic pre-control module Rffd may also include a part for disturbance compensation. 3. Feedback control module Rfb: The feedback control module Rfb allows static accuracy, even if unknown disturbances act on the path G or if the path behavior deviates from the nominal behavior. In the event of a deviation between the expected sensor value (corresponding to the filtered desired value yff) and the corrected sensor value ynsat, the indefinite value uc forming the output signal consists of the instantaneous pilot value udff extended by a feedback component for correcting the deviation. In the case of heavy measurement noise, an observer as part of the Rfbdas feedback control module can improve the control's behavior. 4. Anti-Windup Module Raw: The anti-windup module Raw essentially prevents the unlimited growth of the integrator part in the controller, which is caused by actuator limitations. The indefinite actuator signal uc and the actuator limits U | im together with the dead-time compensated sensor values ynd represent the inputs. The limited values usat and the sensor value ynsat corrected by the proportion of the actuator limit constitute the outputs of the anti-windup module Raw. 5. Dead-Time Compensation Module Rde The dead-time compensation module Rdei improves the control-loop behavior in the presence of dead times in the section G. In this case the actuator signal usat is not changed, but the sensor quantities y are corrected according to the Smith predictor principle to the time-compensated sensor value ynb.

[0028] Die zu regelnde Strecke G ist im vorliegenden Fall ein Mehrgrößensystem.The regulated path G is in this case a multi-size system.

[0029] Das Prinzip ist aber sowohl für Ein- als auch für Mehrgrößenregelungen anwendbar.However, the principle is applicable both for single and for multi-size regulations.

[0030] Im Falle der Mehrgrößenregelung sind die Signale an den Modulschnittstellen vektorwertige Signal der gleichen Ordnung.In the case of multivariable control, the signals at the module interfaces vector-valued signal of the same order.

[0031] Die Reihenfolge der Hintereinanderschaltung der Einzelmodule spielt eine entscheidende Rolle für das Gesamtverhalten des Regelkreises. Eine Änderung der Reihenfolge wirkt sich im Allgemeinen negativ auf die Eigenschaften des Regelkreises aus. Die Reihenfolge der einzelnen Module kann somit nicht vertauscht werden.The sequence of the series connection of the individual modules plays a crucial role in the overall behavior of the control loop. Changing the order generally has a negative effect on the properties of the control loop. The order of the individual modules can thus not be reversed.

[0032] Da einige der Module dynamische Systeme beinhalten (Rffd, Rfb, Raw, Rdei) und diese untereinander verschaltet sind, ist bei der Implementierung (als diskreter Regler) die Einhaltung einer speziellen Reihenfolge bei der Berechnung erforderlich. Alle dynamischen Reglermodule, also solche, die sogenannte innere Zustände besitzen, müssen jeweils zwei Arten von Berechnungsmethoden zur Verfügung stellen: [0033] output: Berechnung eines Ausgangs in Abhängigkeit der Eingänge und der inneren Zustände und [0034] update: Aktualisierung der jeweiligen inneren Zustände in Abhängigkeit der Eingänge.Since some of the modules include dynamic systems (Rffd, Rfb, Raw, Rdei) and these are interconnected, implementation (as a discrete controller) requires compliance with a specific order of computation. All dynamic controller modules, ie those which have so-called internal states, must each provide two types of calculation methods: output: calculation of an output as a function of the inputs and the internal states, and update: updating of the respective internal states depending on the inputs.

[0035] Die Berechnung des neuen Stellersignals usat (begrenzter Stellerwert) des Gesamtrege-lers erfordert auf Grund der Durchgriffsterme in den Modulen eine bestimmte Reihenfolge der Ausgangsberechnungen der Module. Diese Berechnungsreihenfolge ist nicht eindeutig.The calculation of the new controller signal usat (limited actuator value) of the total controller requires due to the Durchgriffsterme in the modules a certain order of output calculations of the modules. This calculation order is not unique.

Modul Variable Methode Rfts us output rs output Rffd Uff output Yff output Rdel Ynd output Raw Ynsat output Rfb Uc output Raw Usat output Rdel Usat output [0036] Nach den jeweiligen Ausgangsberechnungen (output) sind die entsprechenden Ausgangssignale der Module aktualisiert.Module Variable Method Rds us output rs output Rffd Uff output Yff output Rdel Ynd output Raw Ynsat output Rfb Uc output Raw Usat output Rdel Usat output After the respective output calculations (output) the corresponding output signals of the modules are updated.

[0037] Die Aktualisierung der inneren Zustände des Reglers kann in beliebiger Reihenfolge stattfinden. Eine mögliche Berechnungsreihenfolge wäre:The updating of the internal states of the controller can take place in any order. One possible calculation order would be:

Modul Variable Methode Rffd Ynsät update Rfb Uc update Raw Usat update Rdel Usat update [0038] Für ausgewählte Module (zum Beispiel Anti-Windup Modul Raw) ist es möglich, auch Realisierungen mit verzögerten Eingangswerten durchzuführen, was notwendig wird, wenn die Berechnungsreihenfolge auf Grund der übergeordneten Softwarearchitektur nicht eingehalten werden kann. Es sind in diesen Fällen meist zusätzliche Speicherelemente nötig. 4/8 österreichisches Patentamt AT512 062B1 2013-08-15 [0039] Die Reglerstruktur RS unterstützt das Weglassen einzelner oder mehrerer Module, sowie das Auswechseln verschiedener Umsetzungen eines Moduls. Eine Gesamtregelung kann, muss aber nicht, einzelne Module enthalten.Module Variable Method Rffd Ynset update Rfb Uc update Raw Usat update Rdel Usat update For selected modules (eg Anti-Windup Module Raw) it is possible to perform also implementations with delayed input values, which becomes necessary if the calculation order is based on The higher-level software architecture can not be met. In most cases, additional storage elements are necessary in these cases. The controller structure RS supports the omission of individual or several modules, as well as the replacement of different implementations of a module. An overall regulation can, but need not, contain individual modules.

[0040] Änderungen in den Modulen können punktuell durchgeführt werden, ohne andere Module zu beeinflussen. Die Modul-Entwicklung und -Verwaltung sowie Versionierung kann dadurch parallelisiert werden. Aus den Modulen können bibliotheksartig rasch verschiedene Kombinationen zusammengestellt werden. Durch mehrere Gleichteile wird die Versionierung stark entlastet und die Softwarequalität erheblich erhöht.Modifications in the modules can be made point by point without affecting other modules. The module development and management as well as versioning can be parallelized. From the modules library-like quickly various combinations can be put together. Several common parts significantly relieve the versioning and considerably increase the software quality.

[0041] Anforderungen an die Gesamtregelung können in einzelne Anforderungen an Module zerlegt werden. Bestimmte Anforderungen können über die Aktivierung, Deaktivierung oder Hinzunahme von Modulen erfüllt werden. Die Parametrierung kann sequentiell erfolgen - zum Unterschied zu einer gleichzeitigen oder iterativen Parametrierung der gesamten Regelung. Dadurch sinkt der Aufwand der Parametrierung.Requirements for the overall control can be broken down into individual requirements for modules. Certain requirements can be met by activating, deactivating or adding modules. The parameterization can be done sequentially - in contrast to a simultaneous or iterative parameterization of the entire control. This reduces the effort of the parameterization.

[0042] Die Parameter und Module sind besser spezifischen Anforderungen zuordbar. Dies spielt eine große Rolle in der Erstellung von Tests (und deren Wiederverwendbarkeit) und in der Absicherung der Software.The parameters and modules are better assignable to specific requirements. This plays a major role in the creation of tests (and their reusability) and in the security of the software.

[0043] Durch die standardisierten Module wird eine Gruppierung der Berechnungsvorschriften der Regelung ermöglicht, was zu wesentlichen Vorteilen bei der Erstellung, Wartung, Prüfung, Einstellung und beim Betrieb der Regelung führt.By the standardized modules a grouping of the calculation rules of the control is possible, which leads to significant advantages in the creation, maintenance, testing, adjustment and operation of the scheme.

[0044] Die Schnittstellen sind derart gestaltet, dass einzelne Module weggelassen werden können.The interfaces are designed such that individual modules can be omitted.

[0045] Im Falle, dass der dynamische Vorsteuerungsmodul Rffd entfällt, gilt: [0046] Uff = UsYff = Rs.In the case that the dynamic pre-control module Rffd is omitted, the following applies: Uff = UsYff = Rs.

[0047] Entfällt das Rückführ-Regelungs-Modul Rfb, dann ist [0048] yff und ynsat werden nicht benötigt. Entfällt das Anti-Windup-Modul Raw so gilt: [0049] Usat—Uc Vnsat-Ynd [0050] Bei einer wegfallenden Totzeitkompensation gilt: [0051] ynd=y.If the feedback control module Rfb is omitted then [0048] yff and ynsat are not needed. If the anti-windup module Raw does not apply, the following applies: Usat-Uc Vnsat-Ynd In the case of a drop-dead time compensation, the following applies: [0051] ynd = y.

[0052] Die Verwendung gemeinsamer Parameter in den Modulen kann zu einer drastischen Reduktion der Anzahl der gesamten zur Beschreibung notwendigen Parameter führen. Das reduziert die Berechnungszeit, den Einstellaufwand, den Speicheraufwand und den Änderungsaufwand. Praktischerweise können die Parameter der Module vom Arbeitspunkt z abhängig sein.The use of common parameters in the modules can result in a drastic reduction in the number of total parameters required for description. This reduces the calculation time, the adjustment effort, the storage effort and the change effort. Practically, the parameters of the modules can be dependent on the operating point z.

[0053] Anwendung findet diese Möglichkeit speziell bei "modellbasierten Regelungen", wo in den Modulen jeweils auch mathematische Teile beziehungsweise Parameter davon verwendet werden.Application finds this possibility especially in "model-based regulations", where in the modules also mathematical parts or parameters thereof are used.

[0054] Die erfindungsgemäße Reglerstruktur RS findet insbesondere Anwendung bei der Umsetzung einer diskreten Regelung auf einem elektronischen Steuergerät eines Fahrzeugs, wo die entsprechende Berechnungsvorschrift zyklisch ausgeführt wird.The controller structure RS according to the invention finds particular application in the implementation of a discrete control on an electronic control unit of a vehicle, where the corresponding calculation rule is performed cyclically.

[0055] Ein konkretes Beispiel einer Reglerstruktur ist die Luftpfadregelung eines Dieselmotors. Diese befindet sich auf einem Motorsteuergerät. Dort wird der Turboladersteller und die Abgasrückführklappe so geregelt, dass zu jedem Zeitpunkt zwei zeitlich variable Zielwerte möglichst gut erreicht werden. Aber auch andere Regelungen von Brennkraftmaschinen können als Beispiel dienen: Beispielsweise die Regelung der Verbrennungsschwerpunktlage (alternative Dieselverbrennung), oder die Lambda-Regelung beim Ottomotor. 5/8A concrete example of a controller structure is the air path control of a diesel engine. This is located on an engine control unit. There, the turbocharger actuator and the exhaust gas recirculation flap are regulated in such a way that two time-variable target values are reached as well as possible at any time. But other regulations of internal combustion engines can serve as an example: For example, the control of the combustion center of gravity (alternative diesel combustion), or the lambda control in gasoline engine. 5.8

Claims (10)

österreichisches Patentamt AT512 062B1 2013-08-15 Patentansprüche 1. Reglerstruktur (RS), insbesondere für eine Motorsteuerung für Fahrzeuge, mit als modulares System ausgebildeten Funktionseinheiten, wobei mehrere Funktionseinheiten über Schnittstellen zu einer Einheit zusammenfassbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Reglerstruktur (RS) als Funktionseinheiten zumindest ein statisches Vorsteuermodul (Rffs) und zumindest ein Modul aus der Gruppe dynamisches Vorsteuermodul (Rffd), Rückführ-Regelungs-Modul (Rfb), Anti-Windup-Modul (Raw) und Totzeit-Kompensations-Modul (Rdei) aufweist.Austrian Patent Office AT512 062B1 2013-08-15 1. Control structure (RS), in particular for a motor control for vehicles, with trained as a modular system functional units, wherein a plurality of functional units are summarized via interfaces to a unit, characterized in that the controller structure (RS ) as functional units at least one static pilot module (Rffs) and at least one module from the group dynamic pilot module (Rffd), feedback control module (Rfb), anti-windup module (Raw) and dead time compensation module (Rdei) , 2. Reglerstruktur (RS) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das statische Vorsteuermodul (Rffe) zumindest einen Eingang (Effs) für zumindest einen momentanen Betriebspunkt (z), zumindest einen ersten Ausgang (Affsi) für zumindest einen vom momentanen Betriebspunkt abhängigen statischen Stellerwert (us) und zumindest einen zweiten Ausgang (Affs1) für zumindest einen entsprechenden notwendigen statischen Sollwert (rs) aufweist, wobei der statische Vorsteuermodul (Rffs) ausgebildet ist, um zumindest einen statischen Sollwert (rs) und zumindest einen entsprechenden notwendigen statischen Stellerwert (us) in Abhängigkeit des momentanen Betriebspunktes (z) zu ermitteln.2. controller structure (RS) according to claim 1, characterized in that the static pilot module (Rffe) at least one input (Effs) for at least one current operating point (z), at least a first output (Affsi) for at least one dependent on the current operating point static Stellerwert (us) and at least one second output (Affs1) for at least one corresponding necessary static setpoint (rs), wherein the static pilot module (Rffs) is adapted to at least one static setpoint (rs) and at least one corresponding necessary static Stellerwert ( us) as a function of the instantaneous operating point (z). 3. Reglerstruktur (RS) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das dynamische Vorsteuermodul (Rffd) zumindest einen ersten Eingang (Effd1) für zumindest einen statischen Stellerwert (us), zumindest einen zweiten Eingang (Effd2) für zumindest einen statischen Sollwert (rs), zumindest einen ersten Ausgang (Affd1) für zumindest einen dynamischen Stellerwert (uff), und zumindest einen zweiten Ausgang (Affd2) für zumindest einen gefilterten Sensorwert (yff) aufweist, wobei das dynamische Vorsteuermodul (Rffd) ausgebildet ist, um aus zumindest einem statischen Stellenwert (us) und zumindest einem statischen Sollwert (rs) zumindest einen dynamischen Stellenwert (Uff) und zumindest einen gefilterten Sensorwert (yff) zu ermitteln.3. controller structure (RS) according to claim 1 or 2, characterized in that the dynamic pilot module (RFFD) at least one first input (Effd1) for at least one static actuator value (us), at least one second input (Effd2) for at least one static setpoint (rs), at least one first output (Affd1) for at least one dynamic actuator value (uff), and at least one second output (Affd2) for at least one filtered sensor value (yff), wherein the dynamic pilot module (Rffd) is adapted to at least one static value (us) and at least one static value (rs) to determine at least one dynamic position (Uff) and at least one filtered sensor value (yff). 4. Reglerstruktur nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der gefilterte Sensorwert (yff) dem Ausgang (y) der zu regelnden Strecke (G) entspricht, wenn die entsprechenden dynamischen Stellenwerte (Uff) am Eingang der zu regelnden Strecke (G) wirken.4. Regulator structure according to claim 3, characterized in that the filtered sensor value (yff) corresponds to the output (y) of the controlled path (G) when the corresponding dynamic position values (Uff) at the input of the controlled path (G) act. 5. Reglerstruktur (RS) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückführ-Regelungs-Modul (Rfb) zumindest einen ersten Eingang (Efbi) für zumindest einen dynamischen Stellenwert (Uff), zumindest einen zweiten Eingang (Eft,2) für zumindest einen gefilterten Sollwert (yff), zumindest einen dritten Eingang (Efb3) für zumindest einen korrigierten Sensorwert (ynsat) und zumindest einen Ausgang (Afb) für zumindest ein unbegrenztes Stellersignal (uc) aufweist, wobei das Rückführ-Regelungs-Modul (Rfb) ausgebildet ist, um - bei einer Abweichung zwischen dem erwarteten gefilterten Sensorwert (yff) und einem korrigierten Sensorwert an (ynsat) - ein unbegrenztes Stellersignal (uc) zu liefern, welches sich aus einem momentanen Vorsteuerwert (udff) und einem Rückführanteil zur Korrektur der Abweichung zusammensetzt.5. controller structure (RS) according to one of claims 1 to 4, characterized in that the feedback control module (Rfb) at least one first input (Efbi) for at least one dynamic position (Uff), at least one second input (Eft, 2) for at least one filtered set point (yff), at least one third input (Efb3) for at least one corrected sensor value (ynsat) and at least one output (Afb) for at least one infinite set signal (uc), the feedback control module (Rfb) is designed to - in a deviation between the expected filtered sensor value (yff) and a corrected sensor value to (ynsat) - to deliver an indefinite actuator signal (uc), which consists of a current pilot value (udff) and a Rückführanteil for Correction of deviation is composed. 6. Reglerstruktur (RS) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Anti-Windup-Modul (Raw) zumindest einen ersten Eingang (Eawi) für zumindest ein unbegrenztes Stellersignal (uc), zumindest einen zweiten Eingang (Eaw2) für zumindest ein zeitkompensierten Sensorwert (ynci), zumindest einen dritten Eingang (Eaw3) für zumindest eine Stellerbegrenzung (uiim), zumindest einen ersten Ausgang (Aaw1) für ein Stellenwert (uSat) und zumindest einen zweiten Ausgang für zumindest einen korrigierten Stellenwert (ynd) aufweist, wobei das Anti-Windup-Modul (Raw) ausgebildet ist, um aus zumindest einem unbegrenzten Stellersignal (uc), zumindest einer Stellerbegrenzung (uiim) und zumindest einem totzeitkompensierten Sensorwert (ynd), zumindest einen begrenzten Stellenwert (usat) und zumindest einen um den Anteil der Stellerbegrenzung (U|im) korrigierten Sensorwert (ynsat) zu ermitteln. 6/8 österreichisches Patentamt AT512 062B1 2013-08-156. controller structure (RS) according to one of claims 1 to 5, characterized in that the anti-windup module (RAW) at least a first input (Eawi) for at least one indefinite actuator signal (uc), at least one second input (Eaw2) for at least one time-compensated sensor value (ynci), at least one third input (Eaw3) for at least one actuator limit (uiim), at least one first output (Aaw1) for a position value (uSat) and at least one second output for at least one corrected position value (ynd) wherein the anti-windup module (Raw) is designed to generate from at least one unlimited actuator signal (uc), at least one actuator limit (uiim) and at least one dead-time compensated sensor value (ynd), at least one limited value (usat) and at least one to determine the proportion of the actuator limit (U | im) corrected sensor value (ynsat). 6/8 Austrian Patent Office AT512 062B1 2013-08-15 7. Reglerstruktur (RS) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Totzeit-Kompenstations-Modul (Rdei) zumindest einen ersten Eingang (Eden) für zumindest eine Sensorgröße (y) und zumindest einen ersten Ausgang (Aden) für zumindest einen totzeitkompensierten Sensorwert (ynd) aufweist, wobei das Totzeit-Kompenstations-Modul (Rdei) ausgebildet ist, um vorzugsweise nach dem Prinzip eines Smith-Prädiktors aus zumindest einer Sensorgröße (y) zumindest einen totzeitkompensierten Sensorwert (ynci) zu ermitteln.7. controller structure (RS) according to one of claims 1 to 6, characterized in that the dead time Kompenstations module (Rdei) at least one first input (Eden) for at least one sensor size (y) and at least a first output (Aden) for at least one dead time compensated sensor value (ynd), wherein the dead time Kompenstations module (Rdei) is designed to preferably according to the principle of a Smith predictor from at least one sensor size (y) to determine at least one dead time compensated sensor value (ynci). 8. Reglerstruktur (RS) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Totzeit-Kompenstations-Modul (Rdei) zumindest einen zweiten Eingang (Edei2) und zumindest einen zweiten Ausgang (Adei2) für zumindest einen begrenzten Stellerwert (usat) aufweist, wobei vorzugsweise das Totzeit-Kompenstations-Modul (Rdei) ausgebildet ist, um den begrenzten Stellerwert (usat) unverändert durchzuschleusen.8. regulator structure (RS) according to claim 7, characterized in that the dead time Kompenstations module (Rdei) at least one second input (Edei2) and at least one second output (Adei2) for at least a limited actuator value (usat), preferably the dead time Kompenstations module (Rdei) is designed to durchzuschleusen the limited Stellerwert (usat) unchanged. 9. Reglerstruktur (RS) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest zwei Modulen aus der Gruppe statisches Vorsteuermodul (Rffs), dynamisches Vorsteuermodul (Rffd), Rückführ-Regelungs-Modul (Rfb), Anti-Windup-Modul (Raw) und Tot-zeit-Kompensations-Modul (Rdei) gemeinsame Parameter verwendet werden.9. controller structure (RS) according to one of claims 1 to 8, characterized in that in at least two modules from the group static pilot module (Rffs), dynamic pilot module (Rffd), feedback control module (Rfb), anti-windup Module (Raw) and dead-time compensation module (Rdei) common parameters are used. 10. Reglerstruktur (RS) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Reglerstruktur (RS) in einen Regleralgorithmus (R) implementiert ist. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 7/810. controller structure (RS) according to one of claims 1 to 9, characterized in that the controller structure (RS) is implemented in a controller algorithm (R). 1 sheet of drawings 7/8
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