CN109855788B - 用于对脉冲式的测量参量求平均的方法 - Google Patents

用于对脉冲式的测量参量求平均的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于对脉冲式的测量参量求平均的方法。在开始时，检测测量参量的时间离散的测量值（1）。接着，以第一滤波时间常数进行所述测量值（1）的第一滤波，在所述第一滤波情况下获得第一信号（2）；和以第二滤波时间常数进行所述测量值（1）的第二滤波，在所述第二滤波情况下获得第二信号（3），其中，所述第二滤波时间常数大于所述第一滤波时间常数。随后，确定交叉点（4），在所述交叉点上，所述第一信号（2）和所述第二信号（3）交叉。最后，进行所述交叉点（4）之间的测量值（1）的算术求平均。

Description

用于对脉冲式的测量参量求平均的方法
技术领域
本发明涉及一种用于对脉冲式的（pulsierend）测量参量求平均的方法。此外，本发明涉及一种计算机程序以及一种机器可读的存储介质，其中当所述计算机程序在计算设备上运行时，所述计算机程序实施所述方法的每个步骤，其中所述存储介质存储所述计算机程序。最后，本发明涉及一种电子控制设备，所述电子控制设备被设立用于实施根据本发明的方法。
背景技术
脉冲式的测量参量是以下测量参量：所述测量参量叠加有周期性的波动，所述脉冲式的测量参量大多当系统部件周期性地作用于测量参量时产生。所述测量参量被作为测量值来检测并且被使用例如用于借助电子控制设备来控制或调节系统、尤其是部件。然而，为了借助电子控制设备来控制或调节系统，优选使用测量参量在脉冲周期（Pulsationsperiode）期间的平均值（Mittelwert）。现今，借助外部特征进行求平均，所述外部特征典型地通过附加的传感器来检测。
对于这样的部件的一个示例是4冲程马达的进气管段（Ansaugtrakt），在该进气管段情况下，将到马达中的空气质量流量（Luftmassenstrom）作为测量参量来使用。空气质量流量具有脉冲，所述脉冲由马达的冲程引起。作为用于求平均的外部特征，使用4冲程马达的点火频率。
另一个示例是输送与配料系统（Förder-und Dosiersystem）中的膜片泵。在此，使用系统压力作为测量参量，对于其不能找到外部特征。然后，例如借助具有固定的滤波时间常数的PT1-滤波器来进行求平均。
发明内容
提出一种用于对脉冲式的测量参量求平均的方法。脉冲式的测量参量是以下测量参量：所述测量参量遭受周期性波动。所述方法包括以下步骤：
由所观察（betrachten）的脉冲式的测量参量来检测时间离散（zeitdiskret）的测量值，也即在规定的时间点检测测量参量的测量值，其中所述时间点尤其可以等距地（äquidistant）分开（auseinanderliegen）。这些测量值经历（durchlaufen）以不同的滤波时间常数进行的两个不同的滤波。在此，第一滤波时间常数大于第二滤波时间常数。以第一滤波时间常数执行测量值的第一滤波，并且获得第一信号，所述第一信号基于更小的第一滤波时间常数而更快地跟随（folgen）测量值（快信号）。以第二滤波时间常数执行测量值的第二滤波，并且获得第二信号，所述第二信号基于更大的第二滤波时间常数而更慢地跟随测量值（慢信号）。
接着，确定交叉点，在所述交叉点上，第一信号和第二信号交叉。在脉冲式的测量参量的一个周期之内，能够确定不同类型的两个这样的交叉点，更确切地说，首先，当在第一信号与第二信号交叉期间第一信号上升时，而其次，当在第一信号与第二信号交叉期间第一信号下降时。每种类型的交叉点周期性地以与测量参量相同的周期持续时间重复。不同类型的交叉点在脉冲式的测量参量的半个周期之后交替。
周期的开始和结束由在第一信号和第二信号之间的相同类型的交叉点得出。因此，由交叉点的时间间隔确定脉冲式的测量参量的周期持续时间。如果通过旋转的部件引起了脉冲，则可以由所确定的周期持续时间通过形成倒数（Kehrwert）来确定旋转的部件的转速。通过这种方式确定的周期持续时间和/或所述转速可以用于监视和/或调节有关的部件。
最后，对在交叉点之间的测量值进行算术求平均（arithmetisches Mitteln）。平均值在交叉点上被确定并且考虑过去的（zurückliegend）测量值。对于确定所述两种类型的交叉点的情形，总是在相同类型的交叉点之间形成平均值。换言之，在整个周期期间形成以下交叉点之间的平均值：在所述交叉点情况下，在第一信号与第二信号交叉期间第一信号下降，并且同样在整个周期期间形成以下交叉点之间的另外的平均值：在所述交叉点情况下，在第一信号与第二信号交叉期间第一信号上升。与在借助外部特征来求平均的情况下类似，所述平均值说明测量参量偏移半个周期的动态性（Dynamik）。因为对于该方法仅仅测量参量的测量值被测量，所以可以放弃（例如用于确定外部的特征的）附加的传感器。
在使用两种类型的交叉点的情况下，在脉冲式的测量参量的半个周期之后已经可以确定一个交叉点，并且构成在过去的整个周期期间的平均值。这鉴于测量参量的调节特别有利，因为减小调节时的相位损失并且因此提高调节的稳定性和动态性。
根据一个方面可以规定，仅仅确定这样的交叉点：在所述交叉点情况下所述第一信号下降并且与所述第二信号交叉。根据另一个方面可以规定，仅仅确定这样的交叉点：在所述交叉点情况下所述第一信号上升并且与所述第二信号交叉。在这两种情况下，相邻的交叉点的时间间隔恰恰相应于脉冲式的测量参量的周期持续时间。当周期性的测量值的相应另一个边沿具有（附加的）干扰时，在仅仅一个边沿上对分别一种类型的交叉点的确定于是是特别有利的。
如果如先前描述的那样确定所述两种类型的交叉点，则优选地可以规定，执行以下交叉点的平均值之间的另外的算术求平均：在所述交叉点情况下，第一信号上升。通过这两种类型的交叉点的平均值的附加的求平均，均衡（ausgleichen）并且由此降低尤其通过测量值的时间离散的确定而产生的误差。这种时间误差在测量值的时间离散的检测（采样（Abtastung））的情况下大多为+/-1时间步。
此外可以规定，在检测时间离散的测量值的情况下，检测在所述测量参量的脉冲期间的至少十个测量值。测量值的数目越高，时间误差就越少地在测量值求平均时有影响并且所确定的平均值就变得越准确。
有利地，可以在确定所述交叉点时执行所述第一信号的和所述第二信号的线性内插（lineare Interpolation）。由此可以也在以下区域中填满（auffüllen）信号的值：在所述区域中并没有通过滤波来确定了信号值。因此，也可以在这两个信号的信号值之间确定交叉点，由此可以降低上述时间误差并且可以更准确地说明周期持续时间。
此外，可以直接通过内插来降低平均值中的误差。用于借助校正参量来校正平均值的方法由DE 10 2014 225 176 Al已知。
作为滤波器优选地可以使用PT1环节（PT1-Glied），例如一阶的低通滤波器。以下提到的关系（Beziehung）适合于滤波时间常数：
有利地，第一滤波的极限频率（Grenzfrequenz）是测量参量的脉冲的频率的大致双倍。但因为在所述方法的过程中才精确地确定脉冲的频率，更准确地说周期持续时间，所以可以使用所估计的频率用于确定滤波的参数，其中由所述周期持续时间可以确定频率。可以由测量参量的发生器（Erzeuger）的运行参数和/或由模型导出所估计的频率。因此，根据公式1对于第一滤波时间常数τ1根据脉冲的（所估计的）频率fp得出以下优选的值。
Figure DEST_PATH_IMAGE001
（公式1）
此外，第二滤波时间常数有利地为第一滤波时间常数的大致4倍。因此，对于第二滤波时间常数τ2根据公式2、根据脉冲的（所估计的）频率fp得出以下优选的值：
Figure 20855DEST_PATH_IMAGE002
（公式2）
在该比例（Verhältnis）中可能的是，也检测实际的脉冲频率，该实际的脉冲频率明显地、以直至10以下的因数的方式与脉冲的所估计的频率偏离。
此外，当相同类型的两个相邻的平均值强烈地（stark）相互偏离时，也即当这两个平均值中的一个不位于围绕另一个平均值的可预给定的值范围中时，可以识别到错误。
计算机程序被设立用于尤其当在计算设备或控制设备上执行计算机程序时执行所述方法的每个步骤。所述计算机程序实现在常规的电子控制设备中所述方法的实施，而不必对此进行结构上的改变。为此，所述计算机程序存储在机器可读的存储介质上。
通过安装计算机程序到常规的电子控制设备上，获得被设立用于执行对脉冲式的测量参量的求平均的电子控制设备。
附图说明
在附图中示出并且在以下的描述中进一步阐述本发明的实施例。
图1示出随着时间的作为测量参量的压力的测量值以及经滤波的第一信号和经滤波的第二信号的图表；
图2在来自图1的图表中示出以下交叉点：所述交叉点按照根据本发明的方法的第一实施方式已被确定；
图3在随着时间的压力的图表中示出图1中的测量值和图3中的交叉点处的交叉测量值以及按照根据本发明的方法的第一实施方式的平均值；
图4在图1中的图表中示出以下交叉点：所述交叉点按照根据本发明的方法的第二实施方式已被确定；
图5在随着时间的压力的图表中示出图1中的测量值和图4中的交叉点处的交叉测量值以及按照根据本发明的方法的第二实施方式的平均值；
图6在随着时间的压力的图表中示出图3中的按照根据本发明的方法的第一实施方式的平均值和图5中的按照根据本发明的方法的第二实施方式的平均值以及按照根据本发明的方法的一种实施方式的平均值的求平均；
图7示出随着时间的作为测量参量的压力的测量值以及经滤波的第一信号和经滤波的第二信号的图表，其中，进行信号的内插并且通过内插的信号确定交叉点。
具体实施方式
图1示出压力p的图表，所述压力作为测量参量在具有膜片泵的未示出的SCR-系统（selective catalytic reduction（选择性催化还原））中随着时间t已被测量。按照根据本发明的方法的一种实施方式，压力p的测量值1已经时间离散地以1ms的采样率被检测到并且在图表中被绘出。所示出的压力p是实际上测量的压力。理想地，该压力是恒定的并且尤其不会受配料活动（Dosieraktivität）影响。相反，基于系统的有限的液压体积与系统的刚性（Steifigkeit）相结合而出现由于配料活动引起的不期望的压力波动。
如果配料活动周期性地、例如以1s的周期持续时间出现，则压力的平均值同样以该周期持续时间波动。对于膜片泵，可以由运行参数和/或由模型导出（ableiten）脉冲的所估计的频率fp。由所估计的频率fp能够借助已经已知的公式1确定用于测量值1的第一滤波的第一滤波时间常数τ1并且借助同样已经已知的公式2确定用于测量值2的第二滤波的第二滤波时间常数τ2：
Figure DEST_PATH_IMAGE003
（公式1）
Figure 78941DEST_PATH_IMAGE004
（公式2）。
第二滤波常数τ2在此为第一滤波时间常数τ1的四倍。由第一滤波得出的第一（快）信号2和由第二滤波得出的第二（慢）信号3同样在图1中示出。
图2在来自图1的图表中示出根据本发明的方法的第一实施方式，其中，确定以下交叉点4：在所述交叉点情况下，第一信号2下降并且与第二信号3交叉。在两个相邻的交叉点4之间的时间间隔相应于脉冲的周期持续时间Tp。在该实施例中，周期持续时间Tp为约20ms。如果形成周期持续时间Tp的倒数，则由此能够确定膜片泵的转速。然后可以借助周期持续时间和/或转速来监视和/或调节膜片泵。位于交叉点4之间的那些测量值1在接下来的（folgend）交叉点4处算术求平均。除测量值1之外，图3示出通过这种方式确定的周期性的平均值5。如已经描述的那样，周期性的平均值5在交叉点4处被确定并且考虑过去的测量值1。由此，周期性的平均值5在交叉点4处才变化并且因此再现测量值1延迟半个周期的动态性。平均值5在这种情况下位于7350hPa周围的窄的值范围中，由此可以推断出，膜片泵无故障地工作。
图4在图1中的图表中示出根据本发明的方法的第二实施方式，其中，确定以下交叉点6：在所述交叉点情况下，第一信号2上升并且与第二信号3交叉。类似地，在两个相邻的交叉点6之间的时间间隔相应于脉冲的周期持续时间Tp。位于交叉点6之间的那些测量值1在接下来的交叉点6处算术求平均。除测量值1之外，图5示出通过这种方式确定的周期性的平均值7。如已经描述的那样，在此，周期性的平均值5也在交叉点6处被确定并且考虑过去的测量值1。周期性的平均值7在这种情况下同样位于7350hPa周围的窄的值范围中，由此可以推断出，膜片泵无故障地工作。
图6对于与图1中的系统相同的系统随着时间示出压力p的测量值1'，所述测量值时间离散地以10ms的采样率已被检测。在脉冲的一个周期内，在该实施例中仅仅已检测到七个测量值1'。在一个周期内的如此小数目的测量值1'、也即对于每个周期低于10个测量值的情况下，时间误差加强地显示出（treten zu tage）。在根据本发明的方法的该实施方式中，不仅仅借助在图2和3中描述的第一实施方式来确定了下降的第一信号2的交叉点4的平均值5，而且借助在图4和5中描述的第二实施方式来确定了上升的第一信号2的交叉点6的平均值7。可以看出，这两个周期性的平均值5和7明显相互偏离。在该实施方式中通过这两个周期性的平均值5和7的算术求平均来形成共同的平均值8。在该实施例中，与对上升的第一信号2的交叉点6的周期性的平均值7的确定同时地确定了共同的平均值8，并且该共同的平均值分别考虑上升的第一信号2的交叉点6的相应的新的平均值7和下降的第一信号2的交叉点4的过去的平均值5。
在图7中随着时间的t压力p的图表中示出根据本发明的方法的另一种实施方式，当在一个周期内仅仅已检测了少量的测量值1''时，该方法也可以被应用。在该实施方式中，执行第一信号2和第二信号3的线性内插，也即借助线性函数来计算在相应的滤波中确定的信号值之间的这两个信号2或3的理论值，并且以此填满这两个信号2或3。在图7中示出交叉点9，其中已由内插的信号2和3来确定了所述交叉点。通过使用借助内插确定的交叉点9来降低时间误差，可以更准确地确定周期持续时间Tp。
此外，时间误差可能导致周期性的平均值5、7中的误差。根据一种实施例可以通过平均值5、7的内插来使周期性的平均值5、7中的该误差最小化。
如果在以相同的方式确定的相邻的平均值5、7、8情况下，在稳态的（stationär）情况下，这两个平均值5、7、8其中的一个位于相应的另一个平均值5、7、8周围的可预给定的值范围之外，则识别到膜片泵中的误差或干扰。

Claims (10)

1.一种用于对脉冲式的测量参量求平均值的方法，所述方法包括以下步骤：
检测所述测量参量的时间离散的测量值（1，1'，1''）；
以第一滤波时间常数进行所述测量值（1，1'，1''）的第一滤波，在所述第一滤波情况下获得第一信号（2）；
以第二滤波时间常数进行所述测量值（1，1'，1''）的第二滤波，在所述第二滤波情况下获得第二信号（3），其中，所述第二滤波时间常数大于所述第一滤波时间常数；
确定交叉点（4；6；9），在所述交叉点上，所述第一信号（2）和所述第二信号（3）交叉；
对所述交叉点（4；6；9）之间的所述测量值（1，1'，1''）以算术的方式求平均值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，仅将所述第一信号（2）下降时所得的与所述第二信号（3）的交叉点确定为所述交叉点（4）。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，仅将所述第一信号（2）上升时所得的与所述第二信号（3）的交叉点确定为所述交叉点（6）。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在由所述第一信号（2）下降时所得交叉点（4）所确定的所述平均值（5）与由所述第一信号（2）上升时所得交叉点所确定的所述平均值（7）之间求平均值。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，在检测所述时间离散的测量值（1）时检测在所述测量参量的脉冲期间的至少十个测量值（1）。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，在确定所述交叉点（9）时执行所述第一信号（2）的和所述第二信号（3）的线性内插。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一滤波的极限频率为所述测量参量的脉冲的频率的大致双倍。
8.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述第二滤波时间常数为所述第一滤波时间常数的大致四倍。
9.一种机器可读的存储介质，在所述存储介质上存储计算机程序，所述计算机程序被设立用于执行根据权利要求1至8中任一项所述的方法的每一个步骤。
10.一种电子控制设备，所述电子控制设备被设立用于借助根据权利要求1至8中任一项所述的方法对脉冲式的测量参量求平均值。
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