DE102007032062B3 - Method for determining the control parameters of a control device and control device operating according to this method - Google Patents
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Abstract
Durch ein Verfahren zum Bestimmen der Regelparameter einer Regeleinrichtung, die den Betrieb der verschiedenen Zylinder eines Kraftfahrzeug-Motors einzeln regelt, wird ein Regelungsmodell erstellt und ein Zeitraster für eine Simulation der Regeleinrichtung anhand der Zylinderanzahl und der Drehzahl des Motors festgelegt. Die Führungsgröße, die Regelgröße, die Reglerausgangsgröße, die Stellgröße und die Regeldifferenz werden für einen vorgegebenen Führungsgrößensprung gemessen, und es wird eine Simulation der Regeleinrichtung für denselben Führungsgrößensprung durchgeführt. Die Ergebnisse der Simulation und der Messung des Regelungsmodells werden verglichen. Bei Übereinstimmung der Ergebnisse wird die Übertragungsfunktion des offenen Regelkreises erstellt und die Phasenreserve für diesen Regelkreis eingegeben. Die Parameter für eine vorgegebene Anzahl von Motordrehzahlen werden berechnet und an die Regeleinrichtung übermittelt.By a method for determining the control parameters of a control device, which regulates the operation of the various cylinders of an automotive engine individually, a control model is created and a time grid for a simulation of the control device based on the number of cylinders and the speed of the engine set. The reference variable, the controlled variable, the controller output variable, the manipulated variable and the system deviation are measured for a predetermined reference variable jump, and a simulation of the controller for the same reference variable jump is performed. The results of the simulation and the measurement of the control model are compared. If the results match, the open loop transfer function is created and the phase margin for that loop is entered. The parameters for a given number of engine speeds are calculated and transmitted to the controller.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 und eine Regeleinrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 9. Das Verfahren dient zum Bestimmen der Regelparameter einer Regeleinrichtung, die den Betrieb der verschiedenen Zylinder eines Kraftfahrzeug-Motors individuell regelt.The The invention relates to a method according to the preamble of claim 1 and a control device according to the preamble of claim 9. The method is used to determine the control parameters of a control device, the operation of the various cylinders of a motor vehicle engine individually regulated.
Eine derartige Regeleinrichtung weist auf: eine Strecke, deren Ausgang die Regelgröße darstellt und ein Stellglied, dessen Zeitkonstante sehr klein ist. Zum Steuern des Stellgliedes wird ein Steller benutzt, der als unendlich schnell angenommen wird. Dieser Steller wird von einem PI-Regelglied gesteuert. Der als Algorithmus realisierte Regler wird in diskreten Zeitpunkten berechnet, wobei ein variables Zeitraster für die Regelung verwendet wird. Dabei liegt die Zeitdauer zwischen zwei aufeinander folgenden Berechnungen des Reglers wesentlich über den Zeitkonstanten von Stellglied und Steller. Die zum Erfassen der Regelgröße erforderliche Messeinrichtung weist eine Totzeit auf, so dass die rückgeführte oder rückgekoppelte Messgröße der Regelgröße verzögert folgt. Die Totzeit liegt im Bereich des Zeitrasters der Regelung oder eines Vielfachen davon.A such control device comprises: a route whose output represents the controlled variable and an actuator whose time constant is very small. To control the actuator uses a controller that is infinitely fast Is accepted. This actuator is controlled by a PI controller. The algorithm realized as an algorithm is at discrete times calculated using a variable time grid for the control. The time is between two consecutive calculations of the controller substantially over the time constants of actuator and actuator. The to capture the controlled variable required Measuring device has a dead time, so that the recycled or feedback Measured variable of the controlled variable delayed follows. The dead time is in the range of the time grid of the control or a Many of them.
Ein bekanntes Simulationsmodell eines Piezoaktors (Wang Q.: Piezoaktoren für Anwendungen im Kraftfahrzeug, Messtechnik und Modellierung, Dissertation, Bochum, 2006) bildet das nicht lineare Verhalten für den Großsignalbetrieb nach. Es wird in einem für die Automobilindustrie relevanten Temperaturbereich erweitert, wobei zuerst die Komplexität des Modells stufenweise reduziert wird, indem die zu erwartenden nichtlinearen Verhalten durch geeignete Maßnahmen wie niedrige Taktfrequenz und langsame Strom- bzw. Kraftpulse schrittweise ausgeschlossen wurden. Danach wird ein Versuchsstand aus dem mechanischen Aufbau, der Steuer- und Mess-Elektronik und der rechnergestützten Steuerung weiter entwickelt. Die Untersuchungen bei verschiedener Temperatur werden automatisiert, da bei diesen Bedingungen ein manueller Eingriff in die mechanische Einstellung ausgeschlossen ist. Durch Vergleich zwischen Simulations- und Messergebnissen wird die Qualität des erstellten Modells bewertet.One known simulation model of a piezoactuator (Wang Q .: Piezoactuators for applications in motor vehicles, metrology and modeling, dissertation, Bochum, 2006) simulates the non-linear behavior for large signal operation. It will in a for the automotive industry is expanding relevant temperature range, taking first the complexity the model is gradually reduced by the expected Non-linear behavior through appropriate measures such as low clock frequency and slow current or power pulses gradually excluded were. Thereafter, a test stand from the mechanical structure, the Control and measurement electronics and the computer-aided control further developed. The tests at different temperature are automated, because under these conditions a manual intervention in the mechanical Setting is excluded. By comparison between simulation and measurement results, the quality of the created model is evaluated.
Bekannt sind auch eine Modellierung und ein adaptives Verfahren zur Dosierungsoptimierung für Piezoaktuatoren in Kraftfahrzeug-Einspritzventilen (Melbert J.: Piezoaktoren in Kfz-Einspritzventilen, MTZ 03/2006, Jg. 67, S. 190–197). Ein exaktes Modell für Piezoaktuatoren ermöglicht die präzise Simulation und Optimierung der Einspritzeinrichtung in der frühen Entwicklungsphase. Durch die gleichzeitige Anwendung des Piezoelements als Aktuator und Sensor können Störeinflüsse wie Temperatur, Druckschwankungen oder auch Verschleiß kompensiert werden. Auch die kontinuierliche Beobachtung der inneren mechanischen Vorgänge im Injektor ist möglich. Angestrebt wird eine von der Temperatur und der mechanischen Belastung nahezu unabhängige Auslenkung des Piezoaktuators.Known are also a modeling and adaptive dosing optimization method for piezoactuators in motor vehicle injection valves (Melbert J .: piezo actuators in Kfz injection valves, MTZ 03/2006, Jg. 67, P. 190-197). One exact model for Piezoactuators enabled the precise one Simulation and optimization of the injector in the early development phase. By the simultaneous use of the piezoelectric element as an actuator and sensor can Disturbances like Temperature, pressure fluctuations or wear compensated become. Also, the continuous observation of the internal mechanical Events in the Injector is possible. The aim is one of the temperature and the mechanical load almost independent Deflection of the piezoactuator.
Bei
einer bekannten Einrichtung zur Parameteridentifikation einer Übertragungsstrecke,
insbesondere einer Regelstrecke im Handbetrieb, (
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, das es erlaubt, die Reglerparameter eines Reglers in Abhängigkeit von dem veränderbaren Zeitraster der Berechnung zu bestimmen.Of the Invention has for its object to provide a method which allows the controller parameters of a controller depending on from the changeable one Time interval of the calculation to determine.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und eine Vorrichtung nach Anspruch 9 gelöst. Bei dem Verfahren wird ein Regelungsmodell erstellt und ein Zeitraster für eine Simulation der Regeleinrichtung anhand der Zy linderanzahl und der Drehzahl des Motors festgelegt; die Führungsgröße, die Regelgröße, die Reglerausgangsgröße, die Stellgröße und die Regeldifferenz werden für einen vorgegebenen Führungsgrößensprung gemessen; eine Simulation der Regeleinrichtung wird für denselben Führungsgrößensprung durchgeführt; die Ergebnisse der Simulation und der Messung das Regelungsmodell werden verglichen; bei Übereinstimmung der Ergebnisse wird die Übertragungsfunktion des offenen Regelkreises erstellt, das Einschwingverhalten der Regelstrecke wird durch Vorgabe der Phasenreserve (PRE) festgelegt; und die Parameter für eine vorgegebene Anzahl von Motordrehzahlen werden berechnet und an die Regeleinrichtung übermittelt.The The object of the invention is achieved by a method according to claim 1 and a device according to claim 9 solved. In the process is create a control model and a time grid for a simulation the control device based on the Zy cylinder number and the speed set the engine; the reference variable, the controlled variable, the Controller output, the Manipulated variable and the Control difference will be for a predetermined guide size jump measured; a simulation of the controller will be for the same Command variable jump carried out; the results of the simulation and the measurement the control model are compared; at agreement the results will be the transfer function created the open loop, the transient response of the controlled system is determined by specifying the phase reserve (PRE); and the parameters for one given number of engine speeds are calculated and sent to the Control device transmitted.
Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen niedergelegt.Appropriate further education The invention are laid down in the subclaims.
Die Vorteile der Erfindung liegen insbesondere darin, dass mit ihr die Möglichkeit geschaffen wird, anhand einer einfachen Modellierung eines für die oben genannte Regeleinrichtung geeigneten Regelkreises eine gute Kalibration für die Reglerparameter, sprich Proportional- und Integralanteil, in Abhängigkeit von dem Zeitraster des Reglers zu erreichen.The Advantages of the invention are in particular that with her the possibility is created, based on a simple modeling one for the above called control device suitable control loop a good calibration for the Controller parameters, ie proportional and integral components, depending on to reach from the time grid of the regulator.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:embodiments The invention will be explained below with reference to the drawings. It demonstrate:
In
Die
Endstufe
In
dem Steuergerät
Der
von der Endstufe
Als Zeitraster für die Energieregelung werden bei einem 4-Zylinder-Motor vier Segmentzeiten gewählt, da alle vier Segmente dasselbe Einspritzventil mit einer Einspritzung oder einer Einspritzsequenz betätigt wird. Die Segmentzeit ist dabei definiert als ein halbe Kurbelwellenumdrehung, das heißt von –90° bis +90° Kurbelwellenwinkel. Die gleiche Betrachtung gilt für alle vier Zylinder.When Time grid for the energy control four segment times are selected in a 4-cylinder engine, since all four segments the same injector with one injection or an injection sequence is actuated becomes. The segment time is defined as half a crankshaft revolution, this means from -90 ° to + 90 ° crankshaft angle. The same consideration applies to all four cylinders.
Die
Zeitkonstante des Stellers, das heißt der elektrischen Endstufe
Bei der verwendeten Softwarearchitektur erfolgt die Steuerung des Injektors in einem Arbeitsspiel × (Arbeitspiel ist die Zeitspanne, bis der gleiche Zylinder wieder in der Zündreihenfolge gesteuert wird), und ein Arbeitsspiel später, also x + 1, wird die Energie gemessen. Dies bedeutet, dass zwischen der angelegten Stellgröße – der Ursache – und der Messung der resultierenden Energie – der Wirkung – auf die Stellgröße ei ne Totzeit von vier Segmenten oder einem Arbeitsspiel liegt. Für eine Modellierung bedeutet dies ein Totzeitglied in der Messrückführung.In the software architecture used, the control of the injector takes place in one working cycle × (Work is the time until the same cylinder is re-controlled in firing order), and a working game later, x + 1, measures the energy. This means that between the applied manipulated variable - the cause - and the measurement of the resulting energy - the effect - on the manipulated variable ei ne dead time of four segments or a work cycle. For a modeling, this means a deadtime element in the measurement feedback.
Das Streckenverhalten ändert sich über die Laufzeit, so dass die Regelparameter nicht mehr optimal passen. Hierfür kann eine Adaption oder Selbstoptimierung des Reglers im laufenden Betrieb gemacht werden. Dazu wird betriebspunktabhängig das Übertragungsverhalten der Strecke bestimmt – als Linearbeziehung zwischen Stellgröße und Regelgröße. Ausgehend von der Streckenbeschreibung kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren iterativ auch betriebspunktabhängig ein Parametersatz für den Regler bestimmt werden.The Track behavior changes over the runtime, so that the control parameters no longer fit optimally. Therefor can be an adaptation or self-optimization of the controller in the current Operation are made. For this purpose, the transmission behavior is dependent on the operating point the route determines - as Linear relationship between manipulated variable and controlled variable. outgoing from the route description can with the method according to the invention iteratively also operating point dependent a parameter set for the controller can be determined.
Bei einem Regelkreis, der der oben dargestellten Motorsteuerung entspricht, wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sehr wirksam eine Modellierung realisiert und außerdem werden die Reglerdaten festgelegt. Insbesondere werden anhand einer erwünschten und vorgegebenen Phasenreserve des offenen Regelkreises die Regelparameter drehzahlabhängig im Nyquist-Diagramm bestimmt. Dieses Vorgehen wird vorteilhaft bei Motorsteuerungen mit zylinderindividuellen Regelungen eingesetzt, da dort die Totzeit ein Mehrfaches der Segmentzeit ist und somit große Totzeiten auftreten.at a control loop that corresponds to the engine control system shown above, is with the method according to the invention very effectively realizes a modeling and also the controller data established. In particular, based on a desired and predetermined phase reserve of the open loop, the control parameters speed dependent in Nyquist plot certainly. This procedure is advantageous in engine controls used with cylinder-specific regulations, since there the dead time is a multiple of the segment time and thus large dead times occur.
Ein Beispiel für die erfindungsgemäße Erzeugung eines Steuerbefehls wird nun anhand der Kalibration eines zylinderindividuellen Energiereglers für piezogesteuerte Einspritzventile eines Dieselmotors dargestellt.One example for the production according to the invention a control command will now be based on the calibration of a cylinder individual Energy controller for Piezo-controlled injection valves of a diesel engine shown.
Durch
das Steuergerät
Ein
Streckenmodell für
die gesamte Regelung wird nun anhand von
Eingangsgrößen sind
ein Sollwert und ein Führungsgrößensprung
(in
Die Regelstrecke enthält die komplette Funktionskette ab der Berechnung der Stellgröße CUR_CHA, also der Umsetzung der Stellgröße in ein elektrisches Ansteuerprofil in der elektrischen Endstufe bis zu der sich am piezoelektrischen Antrieb (im Folgenden als Piezo bezeichnet) ergebenden Energie. Dabei wird eine Übertragungskennlinie mit dem Eingang CUR_CHA und dem Ausgang Energie verwendet. Von Verzögerungszeiten wird abgesehen, da die Zeitkonstanten der Endstufe als Steller im Vergleich zum Zeitraster vernachlässigbar sind. Auch der Lade-/Entladevorgang des Piezos kann im Vergleich zum Zeitraster vernachlässigt werden. Somit ergibt sich ein Kennlinienglied im Simulationsmodell. Das Kennlinienglied gilt nur für vorgegebene Umgebungsbedingungen. Einflussfaktoren sind unter anderem der Temperaturgang von Endstufe und Piezo oder die auf den Piezo wirkenden Kräfte. Zum Berechnen wird das Kennlinienglied für einen vorgegebenen Arbeitsbereich linearisiert. Die Eingabe von Daten des Kennliniengliedes wird bereits am Prüfstand im vorgesteuerten Betrieb vorgenommen. Dazu wird die Stellgröße von 0% bis 100% durchfahren und jeweils die sich ergebende Energie stationär gemessen.The Contains controlled system the complete function chain from the calculation of the manipulated variable CUR_CHA, ie the conversion of the manipulated variable into electric control profile in the electric power amplifier up to on the piezoelectric drive (hereinafter referred to as piezo) resulting energy. This is a transfer characteristic with the Input CUR_CHA and the output energy used. Of delay times is apart, since the time constants of the power amplifier as a controller in the Compared to the time grid are negligible. Also the loading / unloading process of the piezo can be neglected compared to the time grid. This results in a characteristic element in the simulation model. The Characteristic element only applies to given environmental conditions. Influencing factors are among others the temperature response of power amplifier and piezo or the piezo acting forces. For calculating, the characteristic element for a given work area linearized. The input of data of the characteristic element is already on the test bench made in pre-controlled operation. For this, the manipulated variable of 0% pass through to 100% and each measured the resulting energy stationary.
Um mit dem Modell die Reglerdynamik auszulegen, bedarf es eines Führungsgrößensprungs „Steg". Vor dem Sprung muss jedoch ideal vorgesteuert werden, um den Reglerausgang nahe null zu halten. Dies geschieht mit einer Vorinitialisierung des Vorsteuerwertes. Das Vorsteuerkennfeld entspricht dabei der inversen Kennlinie des Streckenmodells. Erfolgt der Sprung und wird der Vorsteuerwert nicht verändert, muss der Regler die gesamte Regeldifferenz ausgleichen.Around Designing the controller dynamics with the model requires a guide variable jump "bridge." Before the jump however, must be ideally pre-controlled to close the controller output to hold zero. This happens with a pre - initialization of the Pre-tax value. The pilot control map corresponds to the inverse characteristic curve of the route model. If the jump takes place and becomes the pre-tax value not changed, the controller must compensate the entire control difference.
Es wird nun ein Fall einer Regelsituation durch Modellrechnung simuliert und mit einer Messung unter gleichen Bedingungen verglichen. Der Sollwert für den Energieregler wird von 40 mJ auf 80 mJ angehoben. Dieser Energiesprung wird gewählt, da er dem derzeit maximalen Energiesprung in Abhängigkeit von den Umgebungsbedingungen des realen Reglersystems entspricht.It Now a case of a rule situation is simulated by model calculation and compared with a measurement under the same conditions. Of the Setpoint for the energy regulator is raised from 40 mJ to 80 mJ. This energy leap is selected, since he is currently the maximum energy jump depending on the ambient conditions corresponds to the real controller system.
Der Regler hat folgende Formen von Übertragungsfunktion G(s): The controller has the following forms of transfer function G (s):
Darin
sind:
TR ein Parameter, KI ein Regelparameter,
KR (KR) die Verstärkung des Reglers, KS bzw.
K die Verstärkung
der Strecke und F0(s) die Übertragungsfunktion
des offenen Kreises.In it are:
T R is a parameter, KI is a control parameter, K R (KR) the gain of the controller, KS or K the gain of the circuit and F 0 (s) the transfer function of the open circuit.
Die teilweise etwas unterschiedliche Schreibweise von Größen mit Subindizes ergibt sich daraus, dass in der Programmiersprache ein Tiefsetzen entsprechende der mathematischen Schreibweise nicht möglich ist.The sometimes slightly different spelling of sizes with Subindexes results from the fact that in the programming language a Depression corresponding to the mathematical notation is not possible.
Es
werden folgende Zahlenwerte verwendet:
KR = 0,01%, KI = 0,7%/s > TR =
1.42E-2 s, KR = 0,7%/sThe following numerical values are used:
KR = 0.01%, KI = 0.7% / s> T R = 1.42E-2 s, K R = 0.7% / s
Ein Vergleich der durch Messung und durch Simulation gewonnenen zeitlichen Verläufe der Größen Sollwert EGY_INJ_SP, Istwert EGY_INJ_SEL, Regeldifferenz EGY_INJ_CTL_DIF, Stellgröße CUR_CHA und Reglerausgangssignal CUR_CHA_ERR_CTL hat eine gute Übereinstimmung gezeigt.One Comparison of the temporal results obtained by measurement and simulation courses the size setpoint EGY_INJ_SP, actual value EGY_INJ_SEL, control difference EGY_INJ_CTL_DIF, Control value CUR_CHA and controller output CUR_CHA_ERR_CTL has a good match shown.
Beim Festlegen der Reglerparameter ist zu beachten, dass bei der Synthese eines Reglers bestimmte Kriterien erfüllt werden müssen. Zum ersten muss der Regelkreis stabil sein, das heißt, dass die Führungs- und Sprungantwort für t gegen unendlich gegen einen festen Wert streben muss. Für die Ortskurve des offenen Kreises bedeutet dies, dass sie den Punkt –1 links liegen lassen muss (Kriterium 1). Eine reine Erfüllung des Stabilitätskriteriums führt jedoch zu keinem zufriedenstellenden Ergebnis. Ein Sprung des Sollwerts würde natürlich abklingen, aber wenn dieser Schwingungsvorgang lange dauert, ist der Regelkreis unbrauchbar. Somit bedarf es einer weiteren Anforderung, nämlich dass ein Führungs- oder Störgrößensprung in hinreichend kurzer Zeit dem stationären Wert genügend nahe kommt. Dies bedeutet, dass der Regelkreis genügend Dämpfung aufweisen muss (Kriterium 2).At the Setting the controller parameters, it should be noted that in the synthesis of a controller certain criteria must be met. To the First, the control circuit must be stable, that is, the management and Step response for t must strive towards infinity against a fixed value. For the locus of the open circle this means that they left the -1 point (criterion 1). A pure fulfillment of the stability criterion leads however to no satisfactory result. A jump of the setpoint would of course subside, but if this oscillation takes a long time, the control loop is unusable. Thus, it requires another requirement, namely that a leadership or disturbance size jump in a sufficiently short time the stationary value sufficiently close comes. This means that the control loop must have sufficient damping (criterion 2).
Als weitere Forderung muss der Regler eine ausreichende stationäre Genauigkeit aufweisen. Ist im Übertragungsglied des offenen Kreises ein Integral-Glied enthalten, ergibt sich automatisch stationäre Genauigkeit. Wenn nicht, muss die Kreisverstärkung entsprechend angehoben werden (Kriterium 3). Die vierte Forderung lautet, dass der Regler ausreichend schnell sein muss, um in hinreichend kurzer Zeit dem stationären Wert genügend nahe zu kommen (Kriterium 4). Die Forderungen nach stationärer Genauigkeit und Stabilität sind gegenläufig. Es besteht also die Aufgabe, einen möglichst optimalen Kompromiss für die Regelparameter zu finden, um beide Kriterien ausreichend zu erfüllen [siehe Otto Föllinger, Regelungstechnik, B. Auflage, S. 226–228, Kapitel 7.2].When Further requirement, the controller must have sufficient steady state accuracy exhibit. Is in the transmission link of the open circle contain an integral term, it results automatically stationary Accuracy. If not, the loop gain must be raised accordingly (criterion 3). The fourth requirement is that the regulator has to be sufficiently fast to be able to do this in a sufficiently short time stationary value enough come close (criterion 4). The requirements for stationary accuracy and stability are in opposite directions. So there is the task, the best possible compromise for the Find control parameters to satisfy both criteria sufficiently [see Otto Föllinger, Control Engineering, B. Edition, pp. 226-228, Chapter 7.2].
Mit einem ersten Parametersatz wird eine Grundkalibration für das Modell des Regelkreises durchgeführt. Mit dem vorstehend beschriebenen Modell ergeben sich für den Regelkreis folgende Übertragungsfunktionen.With a first parameter set becomes a basic calibration for the model of the control loop. With the model described above arise for the control loop following transfer functions.
Darin sind GR(s) der PI-Regler, GS(s) die Regelstrecke und GM(s) die Messrückführung oder -kopplung.In this GR (s) are the PI controller, GS (s) is the controlled system, and GM (s) is the measurement feedback or -coupling.
Als Übertragungsfunktion
des offenen Kreises F0(s) ergibt sich:
Im
Folgenden wird die Ortskurve des offenen Kreises betrachtet (vgl.
Das Kennlinienglied für die Regelstrecke wird zweckmäßigerweise linearisiert: GS(s) = 1.5 mJ/%.The characteristic element for the controlled system is expediently linearized: G S (s) = 1.5 mJ /%.
Zu
beachten ist, dass die Form des Kennliniengliedes stark von den
Umgebungsbedingungen des Piezos abhängt. In
Für den PI-Regler
wird die Kreisverstärkung
zweckmäßigerweise
so gewählt,
dass genügend
Dämpfung
vorliegt. Als angenäherte
Richtlinie für
eine ausreichende Dämpfung
und ein dennoch ausreichend schnelles Verhalten wird die Kreisverstärkung wie
folgt gewählt,
wodurch die Kriterien 1, 2 und 4 erfüllt werden.
- [Otto Föllinger Regelungstechnik 8. Auflage S. 241]
- [Otto Föllinger Regelstechnik 8th Edition p. 241]
Darin sind KR die Verstärkung des Reglers und KS die Verstärkung der Strecke [KS ≈ 1,5 (linearisiert)]. VG ist die Verstärkung, bei der die Ortskurve durch den Punkt –1 geht. Die Ortskurve zeigt ein Wert VG = 9 für dieses Beispiel der Energieregelung. Somit gilt KR = 0,3 ... 0,6.Where K R is the gain of the controller and K S is the gain of the distance [KS ≈ 1.5 (linearized)]. V G is the gain at which the locus goes through the point -1. The locus shows a value V G = 9 for this example of power regulation. Thus, K R = 0.3 ... 0.6.
Für die Wahl des Parameters TR ist zu beachten, dass keine Nennerzeitkonstanten im Übertragungsverhalten der Strecke vorliegen, und somit die Zeitkonstantenbestimmung des Reglers nicht anhand der dominanten Streckenzeitkonstante gemacht werden kann. Es wird nun mit dem beschriebenen Reglermodell der Parameter KR von 0,01 bis zu 0,6 erhöht.For the election of the parameter TR, note that there are no denominator time constants in the transmission behavior the distance, and thus the time constants of the Regulator not made on the basis of the dominant track time constant can be. It will now be with the described controller model of the parameters KR increased from 0.01 to 0.6.
Der
Regelkreis wird mit zunehmenden KR relativ schnell instabil, da
er den Punkt –1
in der komplexen Ebenen nicht links liegen lässt. KR ist in allen zylinderindividuellen
Reglern bisher immer sehr klein gewählt worden. Theoretisch lässt sich
bestätigen,
dass mit zunehmenden KR der Durchmesser der Spirale OK (
Zum endgültigen Festlegen der Reglerparameter anhand des erfindungsgemäßen Reglermodells werden mit den vorstehend gewonnenen Ergebnissen Basisdaten für das Modell bestimmt. Wird der Reglerparameter KI über der Drehzahl konstant gehalten, so zeigt sich bei tiefen Drehzahlen eine Schwingungsneigung.To the final Determining the controller parameters based on the controller model according to the invention become basic data for the model with the results obtained above certainly. If the controller parameter KI is kept constant above the rotational speed, Thus, a tendency to oscillate occurs at low speeds.
Dies ist auf die größere Totzeit zurückzuführen und bedeutet, dass die Verstärkung KR oder – bei einer weiteren Form der Übertragungsfunktionsdarstellung – die Verstärkung KI über der Drehzahl verändert werden muss.This is on the bigger dead time attributed and means the reinforcement KR or - at another form of transfer function representation - the gain KI over the Speed changed must become.
Kriterien
für die
eine Reglerauslegung anhand der Ortskurve OK im Nyquist-Diagramm
(
Anhand
des Programmablaufplans der
Nach
dem Start des Programms erfolgt in einem Schritt (
- S1 – die Modellierung der zylinderindividuellen Regelung gemäß den beschriebenen Kriterien;
- – die Festlegung des Zeitrasters der Simulation, indem die Segmentzeit anhand der Zylinderanzahl und der Drehzahl bestimmt werden;
- – eine Darstellung der Messrückführung, indem ein Totzeitglied anhand der Zylinderanzahl und Segmentzeiten bestimmt wird;
- – ein einfache Streckenmodellierung, indem das Kennlinienglied von Stellgröße CUR_CHA zu Regelgröße EGY_INJ aus Messungen identifiziert werden;
- – eine Festlegung der Vorsteuerungsstruktur für den Regler, das heißt des Übertragungsverhaltens Führungsgröße EGY_INJ_SP zu Stellgröße CUR_CHA. Hierfür wird das inverse Kennlinieglied verwendet. Dann erfolgt in einem Schritt
- S2 – eine Verifikation des Modells durch
- – Messung von Führungsgröße EGY_INJ_SP, Regelgröße EGY_INJ, Reglerausgangsgröße CUR_CHA_ERR_CTL, Stellgröße CUR_CHA und Regeldifferenz EGY_INJ_SEL für einen definierten Führungsgrößensprung,
- – eine Simulation desselben Führungsgrößensprungs, und
- – ein Vergleich von Simulation und Messung. Danach erfolgt in einem Schritt
- S3 – eine Abfrage, ob die Ergebnisse von Simulation und Messung im Rahmen der Mess- und Simulationsgenauigkeit gleich sind. Ist die Antwort nein, so wird in einem Schritt
- S4 – festgestellt, dass das Verfahren nur begrenzt einsetzbar ist und es wird abgebrochen. Ist die Antwort ja, so wird in einem Schritt
- S5 – die Phasenreserve F0(j·ω) bestimmt, indem
- – das validierte Modell wird zum Aufstellen der Übertra gungsfunktion des offenen Kreises F0(j·ω) eingesetzt wird,
- – die Phasenreserve für die Übertragungsfunktion F0(j·ω) des offenen Kreises eingegeben wird, und
- – der Schnittpunkts B der Phasenreserve mit dem Einheitskreises der komplexen Ebene berechnet wird.
- S1 - the modeling of the cylinder-specific control according to the described criteria;
- The determination of the simulation time frame by determining the segment time based on the number of cylinders and the number of revolutions;
- A representation of the measurement feedback by determining a deadtime element based on the number of cylinders and the segment times;
- A simple route modeling, by identifying the characteristic element of control variable CUR_CHA to control variable EGY_INJ from measurements;
- - A determination of the feedforward structure for the controller, that is, the transfer behavior of reference variable EGY_INJ_SP to manipulated variable CUR_CHA. The inverse characteristic element is used for this purpose. Then done in one step
- S2 - a verification of the model
- - Measurement of reference variable EGY_INJ_SP, controlled variable EGY_INJ, controller output CUR_CHA_ERR_CTL, manipulated variable CUR_CHA and control difference EGY_INJ_SEL for a defined reference variable jump,
- A simulation of the same reference variable jump, and
- - a comparison of simulation and measurement. This is done in one step
- S3 - a query as to whether the results of simulation and measurement are the same in terms of measurement and simulation accuracy. If the answer is no, it will be in one step
- S4 - found that the procedure is limited and it is canceled. If the answer is yes, it will be in one step
- S5 - the phase reserve F0 (j · ω) determined by
- The validated model is used to set up the transmission function of the open circuit F0 (j ·ω),
- - the phase reserve for the transfer function F0 (j · ω) of the open circuit is entered, and
- - the point of intersection B of the phase reserve is calculated with the unit circle of the complex plane.
Anschließend erfolgt
in einem Schritt (
- S6 – eine Festlegung der Größe des Kennfeldes für den Regelparameter KI, wobei
- – die Regelparameter drehzahlabhängig gestaltet werden, um eine optimale Güte der Regelung zu erreichen,
- – im Falle der Energieregelung ein Kennfeld für die Regelparameter mit sieben Stützstellen über der Drehzahl vorliegt;
- – dies bedeutet, dass die Regelparameter für sieben verschiedene Drehzahlen bestimmt und auch später kalibriert werden können.
- S6 - a determination of the size of the characteristic diagram for the control parameter KI, where
- - The control parameters are speed-dependent designed to achieve optimum control quality,
- - in the case of the energy regulation, a characteristic field for the control parameters with seven interpolation points above the rotational speed is present;
- - This means that the control parameters for seven different speeds can be determined and also calibrated later.
Anschließend erfolgt in einem Schritt
- S7 – eine Initialisierung Drehzahl für einen ersten Durchlauf der Regelparameterbestimmung.
- S7 - an initialization speed for a first pass of the control parameter determination.
Danach erfolgt In einem Schritt
- S8 – Schleifenbildung über die Anzahl der Stützstellen der Drehzahl. Anschließend wird in einem Schritt
- S9 – eine Initialisierung des Regelparameters KI für einen ersten Durchlauf der Regelparameterbestimmung durchgeführt. Danach erfolgt in einem Schritt
- S10 – eine Schleifenbildung über den Regelparameter KI.
- S8 - Looping over the number of nodes of the speed. Subsequently, in one step
- S9 - carried out an initialization of the control parameter KI for a first pass of the control parameter determination. This is done in one step
- S10 - a loop formation via the control parameter KI.
In
einem Schritt (
- S11 – wird die Übertragungsfunktion des offenen Kreises F0(j·ω) als Funktion der Kreisfrequenz ω (für die entsprechende Drehzahl) berechnet. Dann wird in einem Schritt
- S12 – Betrag |F0(j·ω)| der Übertragungsfunktion des offenen Kreises F0(j·ω) gebildet. In einem Schritt
- S13 – wird der Index oder das Elements des Vektors |F0(j·ω)| gesucht, für den |F0(j·ω)| = 1 gilt;
- – dies
stellt den Schnittpunkt der Übertragungsfunktion
F0(j·ω) mit dem
Einheitskreis dar (Punkt A in
3 ). In einem Schritt - S14 – wird geprüft, ob der Punkt A die Bedingung der Phasenreserve (Punkt B) erfüllt. Ist die Antwort nein, wird der Regelparameter KI dekrementiert und es erfolgt ein Rücksprung zu dem Schritt S10. Ist die Antwort ja, wird in einem Schritt
- S15 – der Regelparameter KI für die jeweilige Drehzahl gespeichert.
- S11 - the transfer function of the open circuit F0 (j · ω) is calculated as a function of the angular frequency ω (for the corresponding speed). Then in one step
- S12 - magnitude | F 0 (j · ω) | the transfer function of the open circuit F 0 (j · ω) is formed. In one step
- S13 - becomes the index or element of the vector | F 0 (j · ω) | searched for | F 0 (j · ω) | = 1 holds;
- - This represents the intersection of the transfer function F 0 (j · ω) with the unit circle (point A in
3 ). In one step - S14 - it is checked whether the point A meets the condition of the phase reserve (point B). If the answer is no, the control parameter KI is decremented and there is a return to step S10. If the answer is yes, it will be in one step
- S15 - the control parameter KI stored for the respective speed.
In
einem Schritt (
- S16 – wird geprüft, ob der Regelparameter KI für alle Drehzahlen bestimmt worden ist. Ist die Antwort nein, wird er für eine nachfolgende Drehzahl bestimmt, und es erfolgt dazu ein Rücksprung zu dem Schritt S8. Ist die Antwort ja, so wird in einem Schritt
- S17 – der Regelparameter KI, der die Verstärkung des Reglers steuert, abhängig von der Drehzahl ausgegeben.
- S16 - checks whether the control parameter KI has been determined for all speeds. If the answer is no, it is determined for a subsequent speed, and a return is made to step S8. If the answer is yes, it will be in one step
- S17 - the control parameter KI, which controls the gain of the controller, depending on the speed output.
Damit ist ein Programmdurchlauf beendet. Das Programm wird zyklisch wiederholt.In order to a program run is finished. The program is repeated cyclically.
Eine Selbstoptimierung des Reglers nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann wie folgt durchgeführt werden.A Self-optimization of the controller according to the inventive method can be done as follows become.
Für die Übertragungsfunktion des offenen Kreises gilt: For the transfer function of the open circuit, the following applies:
Ist
der Regler in einem Steuergerät
implementiert und mit Ausgangsdaten nach dem vorstehend beschriebenen
Verfahren versehen ist, so sind die Reglerparameter KR und TR der Übertragungsfunktion
des offenen Kreises bekannt. Des Weiteren sind auch die Parameter
der Messrückführung KM
und TM bekannt. Das Übertragungsverhalten
der Strecke kann sich – zum
Beispiel durch Alterung und Temperatureffekte – verändern. Es bedarf somit einer
Nachoptimierung der Reglerparameter, wenn eine gleichbleibend konstante Phasenreserve
erwünscht
ist. Eine derartige Adaption der Reglerparameter wird im laufenden
Betrieb nach folgenden Verfahren durchgeführt (
Bei der Übertragungsfunktion des offenen Kreises gilt als einzige Unbekannte das Übertragungsverhalten der Strecke. Außerdem wird die Regelstrecke als Linearglied angegeben. Da die Stellgröße vom Steuergerät vorgegeben wird und daher bekannt ist, und die Regelgröße rückgemessen wird, kann für jeden Betriebspunkt das Übertragungsverhalten der Strecke identifiziert werden. Ausgehend von diesem Streckenverhalten sind alle Parameter der Übertragungsfunktion bekannt. Nun werden die Regelparameter jeweils iterativ so optimiert, dass sich für den jeweiligen Betriebspunkt die erwünschte Phasenreserve einstellt. Betriebspunktabhängig wird nun der Parametersatz für den Regler abgelegt oder adaptiert.at the transfer function the open circle is the only unknown the transmission behavior the way. Furthermore the controlled system is specified as linear element. Since the manipulated variable is specified by the control unit and therefore is known, and the control variable is measured back, can for each Operating point the transmission behavior the route can be identified. Based on this route behavior are all parameters of the transfer function known. Now, the control parameters are each iteratively optimized, that for himself the desired operating point sets the desired phase reserve. Depending operating point Now the parameter set for the controller is stored or adapted.
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