CN102686856B - 用于调节通过摩擦受阻的部件或者机器零件的运动的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于调节通过摩擦受阻的部件或者机器零件的运动的方法，其中，进行适配的预控制，在所述的预控制中给用于补偿摩擦影响的调节值（u）加载变化的预控制值（v），其中，根据实际值（y、e）确定预控制值（v）的变化。

Description

用于调节通过摩擦受阻的部件或者机器零件的运动的方法
本发明涉及一种用于调节通过摩擦受阻的部件或者机器零件的运动的方法。
虽然在下面主要涉及的是汽车中的废气反馈阀，但是本发明并不局限于此，而是针对所有类型的摩擦受阻的运动调节。在此纯示范性地涉及的是机械手臂、通常的阀活门、通常的马达（例如电动的、液压的、气动的）等的运动。
现有技术
在部分载荷时废气反馈调节是减少NOx-排放。为了将废气从排气管反馈到进气管中使用一种连续可调节的AGR阀门，并且对它的开口位置进行调节。AGR阀门通常由直流电动机驱动，所述直流电动机由控制器（例如ECU或者EDC）通过一种所谓的H电桥连续控制。AGR阀门上的位置应答器给控制器输出位置实际值。通常使用一种PID位置调节器。
然而，PID位置调节器只用I部分克服摩擦（随着摩擦，和/或滑动摩擦）。但是为了在低频率时避免调节回路的振荡必须使I部分的加强量保持得小。因此，例如直到附着摩擦被克服持续时间相当地长。产生了一种I部分的缓慢的三角形的泵，它具有相当于附着摩擦的振幅。
因此，人们希望为摩擦受阻的运动提供一种改进的调节。
发明内容
根据本发明建议一种具有权利要求1特征的用于调节通过摩擦受阻的部件或者机器零件的运动的方法。一些有利的方案是从属权利要求和下述说明的主题。
本发明的优点
本发明是以这种方案为依据，即对调节机构上的摩擦，特别是附着摩擦进行补偿。这样调节器就可无摩擦地经过调节段。其结果是可以使用例如按照Ziegler-Nichols方法，或者类似方法，特别是具有简单的调节规律的调节器。为此采用一种适配的预调节器，所述预调节器学习正常运行时的每个工作点中的摩擦的数值。要变化地确定应补偿瞬时存在的摩擦的预控制值。在正常的运动期间的这种学习是特别有利的，因为限制执行机构的运动的摩擦可不断地变化。例如在AGR阀中摩擦主要与积炭的形成和工作点有关。也可通过在调节机构上的积炭层的突然剥落而使摩擦发生快速变化。通常在运动时例如通过脏物、润滑剂的变稠或者损耗等也可使摩擦发生变化，因此本发明特别是在这方面发挥了长处。这种学习合适地是以实际数值为依据，其中，也包括一些由实际数值推导出来的参数，例如调节偏差、微分等。与通常的预控制的不同之处是使用了可变化的预控制数值，其中，根据实际数值确定预控制数值的变化。
已公开AGR阀门，所述AGR阀直接由转矩马达操作。转矩马达具有高的转矩，这样就没有必要在马达和AGR阀门之间设置传动装置。通过摩擦补偿会缩短传动装置的寿命。因此看来一种无传动装置操作的AGR对于使用这种发明特别合适。
在一种方案中根据观察比较信号和规定值之间的差的时间曲线确定预控制数值。比较信号例如可作为实际数值和滤波的或者PT1滤波的实际数值之间的差值获得，或者通过调节偏差定义。合适地规定数值是零，这样就只可观察比较信号的时间曲线。
在一种优选的方案中，根据观察调节偏差和规定数值之间的差值的时间曲线确定预控制数值。代替调节偏差地也可只使用实际数值的时间曲线。
有利地在考虑符号变更的情况下，根据在调节偏差和规定数值之间的差值的时间曲线的观察情况确定预控制数值。换句话说，根据调节偏差和规定数值之间的差值的符号变更特性观察适配性。应特别简单地确定符号的变更。
在一个优选的方案中如此地设计这种适配，即在有符号变更时减小预控制数值，和/或当在规定的第一时间间隔之内没有出现符号变更时增大预控制数值。特别是在使用积分环节的情况下可分步骤或者连续地改变预控制数值。
合适地只有当在符号变更之后调节偏差和规定数值之间的差值超过可规定的带-阀值时才考虑符号变更。换句话说，在围绕规定值的规定的带之内不考虑符号变更。在实际值上的噪音例如会导致在调节偏差上的附加的符号变更，并且因此会导致预控制数值的有误差的减小。因此，当调节偏差和规定数值之间的差的绝对值小于带-阈值时不考虑已识别的符号变更。
为了减小噪音合适的是对进入调节偏差的额定数值进行滤波。因为例如AGR位置调节器的额定值是从传感器信号，例如加速踏板位置、转速等中计算出来的，所以额定值信号可能会带有噪音。这种噪音会导致在调节偏差上的附加的符号变更，并且因此导致太小的预控制数值。例如可将PT1滤波器用作滤波器。
当部件或者机器零件位于挡块上，预控制数值不发生变化是有利的，因为挡块会被识别摩擦，这会导致预控制数值的失真。
在一个方案中，当识别出运动的振荡时减小预控制数值。这种做法是有利的，为的是减小振荡趋势。
本发明适合用于很好地调节废气反馈阀活门的运动，其中，预控制数值可附加地根据阀活门的实际位置和废气反压加以改变。
下述做法是有利的，例如用与实际位置和废气反压有关的特性曲线对学得的摩擦相加地或者相乘地予以修正，为的是从适配中排除由此引起的虚假的摩擦效应。例如用于调节AGR阀门所使用的力随着废气反应而增加。也可存在力与实际位置的关系。
有利地根据部件或者机器零件的运动速度对预控制数值进行修正，以分开附着摩擦和滑动摩擦。当调整机构运动时它克服了附着摩擦。例如用特性曲线相乘地修正学得的摩擦数值。当运动速度更高时通过小于1的系数对相当于滑动摩擦的数值进行补偿。
有利地根据部件或者机器零件的运动速度改变确定预控制数值的种类。例如当调整机构运动时可用特性曲线放慢或者切断对摩擦的学习，因为主要是只应适配附着摩擦。当运动速度更高时通过小于1的系数放慢学习。
根据本发明的计算单元，例如汽车的控制器，特别是在程序技术方面设计成实施根据本发明的方法。
以软件形式实施本方法是有利的，因为这种做法所产生的成本特别低，特别是当执行任务的控制器还要用于其它任务，并且因此它本来就有时。用于提供计算机程序的合适的数据载体特别是软盘、固盘、闪存、EE PROM、CD-ROM、DVD等。也可通过计算机网络（Internet、Intranet等）下载程序。
从说明书和附图中产生本发明的其它优点和方案。
显而易见，上述和下面还将说明的特征不仅可用在分别已说明的组合中，而且也可在不脱离本发明的框架的情况下用在其它的组合中，或者单独使用。
借助在附图中的一些实施形式简图示出本发明。下面参考附图对本发明进行详细的说明。
附图说明
图1：本发明的一个优选的实施形式的调节电路的部分图。
图2：图1的调节电路的局部的详图。
图3：图1和图2的调节电路中的调节偏差和从其中产生的预控制数值的曲线图。
图4：额定值和实际值的曲线和调节参数的所属的曲线。
图5：本发明的另一优选的实施形式的调节电路。
图6：在图5的调节电路中调节偏差和从中产生的预控制数值的曲线。
具体实施形式
图1示出调节电路的部分100。所述电路是根据本发明的一个特别优选的实施形式用于调节例如AGR阀的阀活门的运动的。在这个调节电路中包含有调节机构110。在此这个调节机构设计为PID-调节机构。在对调节偏差e作出反应时调节机构110提供调节器输出参数r。将调节偏差确定为控制参数（额定值）w和实际值y的差。控制参数w可通过任选的旋转率机构（Slew-Rate-Glied）140进行控制。
此外，将调节偏差e输送到预控制机构120，所述预控制机构适配地确定预控制值v，将所述预控制值加到调节器输出参数r上。将调节器输出参数r和预控制值v的总和输送到用于调整参数限制的任选机构130。所述任选机构输出调整参数u。
图2详细地示出了预控制机构120的第一优选的实施形式。如所述地，将调节偏差e输送到预控制机构120，从所述调节偏差e中确定预控制数值v。
在预控制机构120的内部将调节偏差e输送到用于确定符号变更的机构121。机构122与机构121连接。所述机构为积分器123规定用于积分速度和积分方向的积分常数。当识别出符号变更时给积分器123规定一个负的积分常数-D。同时起动时间机构122a，所述时间机构在规定的时间间隔T中运行。当在时间间隔T内未出现新的符号变更时，也就是说时间机构122a并未重新起动时则其结束，并且将正的积分常数+1接通到积分器123。
积分器123根据积分常数确定学习数值v’。所述学习数值v’与通过符号机构124确定的调节器偏差e的符号相乘，以形成预控制数值v。
在图3中，在曲线图300中分别画出了相对于横坐标301上的时间T的调节偏差e的曲线310和从其中产生的学习数值v’的曲线320。从中可以看出，在每次符号变更后学习数值v’连续地减小。在这些区域中的提高相当于负的积分常数-D。当在符号变更之后在规定的时间间隔T内没有重新出现符号更换，则学习数值v’升高。在这些区域中的升高相当于正的积分常数+1。
在图4中在第一曲线图401中示出额定值w和实际值y对于时间（按秒）t的百分比的曲线401。从中可以看出，由于根据本发明的调节可在额定值和实际值之间取得良好的一致。在曲线图402中示出了对于时间（按秒）t的调整参数u的所属的百分比曲线。如前所述，调整参数u是根据调节器输出参数r和预控制数值v计算出来的。
在图5中示出调节电路500的另一优选的实施形式。这个调节电路500是以图1的调节电路100为基础，其中，设置了任选的扩展部件。首先得指出的是，这些扩展部件彼此是相互独立的，并且因此也可规定它们在调节电路中彼此也是独立的。在附图1、2、5中相同的部件用相同的附图标记表示。
在调节电路500内部的第一优选扩展部件涉及的是对额定w的滤波，用附图标记510表示。在此，滤波通过PT1-机构511实施，以滤掉额定值w的噪音。所述噪音的出现是因为额定值w是根据测量值计算出来的。
第二个任选的扩展部件用附图标记520表示，它是用于减小实际值上的噪音。实际值上的噪音会导致附加的调节偏差e的符号变更。这又导致学习值v’太小。为了解决这一问题在这个所示的优选的实施形式中将调节偏差e的数值和带-阈值B进行比较。当调节偏差e的数值大于带-阈值B时加上已讲明的积分常数-D。然而，当调节偏差e小于带阀值B时，则加上零。
第三个优选的扩展部件用附图标记530表示，它涉及对学习数值v’的限制。为此，将学习数值v’输送到限制机构531。这个限制机构将学习数值v’保持在极限值MIN和MAX之间，并且输出在必要时受到限制的学习值v’。当学习数值v’偏离这两个极限值之一时则所谓的“防止复位结束-Auti-Reset-Windup”发挥作用，它阻止起动（Aufziehen）积分器。当超过MAX极限值时，则阻止学习数值v’进一步增高，但可以使学习数值v’减小。当低于MIN极限值时，则防止学习数值v’进一步下降，但是可以提高学习数值v’。
图6示出与图3的曲线图300相当的曲线图600。该曲线图示出在使用图5的调节电路500的情况下调节偏差e的时间曲线610和从中得出的学习数值v’的曲线620。在图6中那些和图3中的部件相应的部件用相同的附图标记表示，在此不再重新加以说明。
通过使用滤波520在调节偏差e每次符号变更之后首先出现学习数值v’的水平曲线，直到调节偏差e离开通过带-阈值B定义的区域。可以看出，在时间点t1之后较长时间没有出现这种情况，这样在时间t1之后学习数值v’首先不再发生变化。然而，在整个时间期间还对时间间隔T的过程进行监控，这样，在时间点t2学习数值v’有提高。这种提高一直进行到在时间点t3时符号的下一次变更，其中，紧接着学习曲线v’没有重新减小，因为调节偏差没有离开通过带-阈值B规定的区域规定值，在此为零。

Claims (13)

1.用于调节通过摩擦受阻的部件或者机器零件的运动的方法，其中，进行适配的预控制，在所述的预控制中给用于补偿摩擦影响的调整值（u）加载变化的预控制值（v），其中，根据调节偏差（e）确定预控制数值（v）的变化，其中，在调节偏差（e）和规定数值之间的差值的符号变更时减小预控制数值（v）的数值。
2.按照权利要求1所述的方法，其中，当在规定的时间间隔（T）之内不出现符号变更时提高预控制值（v）的数值。
3.按照权利要求1或2所述的方法，其中，特别是在使用积分环节（123）的情况下分步骤或者连续地进行预控制数值（v）的变化。
4.按照权利要求1或2所述的方法，其中，只有当在符号变更之后调节偏差（e）和规定数值之间的差的数值超过可规定的带-阈值（B）时才考虑符号变更。
5.按照权利要求1或2所述的方法，其中，限制预控制值（v）的数值。
6.按照权利要求1或2所述的方法，其中，对进入到调节偏差（e）中的额定值（w）进行噪音过滤。
7.按照权利要求1或2所述的方法，其中，当部件或者机器零件位于挡块上时不改变预控制值（v）的数值。
8.按照权利要求1或2所述的方法，其中，当识别出部件或者机器零件的运动有振荡时减小预控制值（v）的数值。
9.按照权利要求1或2所述的方法，其中，根据部件或者机器零件的运动速度改变预控制值（v）的决定方式。
10.按照权利要求1或2所述的方法，其中，根据部件或者机器零件的运动速度修正预控制值（v）。
11.按照权利要求1或2所述的方法，其中，调节废气反馈阀的活门的运动，其中，特别是根据活门的实际位置和废气反压改变预控制值。
12.按照权利要求1或2所述的方法，其中，根据实际数值（y、e）的时间导数确定预控制值（v）的变化。
13.汽车的控制器，将所述控制器设置用于执行按照前述权利要求中的任一项所述的方法。
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