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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ansteuerung
eines Stellantriebs, insbesondere eines Festkörperaktuators. Das Ansteuern
von Stellantrieben, insbesondere von Festkörperaktuatoren, stellt erhebliche
Anforderungen an den Stellantrieb. Beispielsweise müssen kurzzeitig
hohe Spannungen und hohe Ströme
zum Laden und Entladen bereitgestellt werden. Ein Laden beziehungsweise
Entladen des Stellantriebs kann dabei in weniger als einer Millisekunde
erfolgen. In dieser Zeit sollte ein den Stellantrieb ansteuernder
Regler dem Stellantrieb kontrolliert und reproduzierbar elektrische Energie
zuführen
beziehungsweise entziehen.
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Festkörperaktuatoren
finden in Einspritzventilen Verwendung. Einspritzventile werden
in Brennkraftmaschinen zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum
eingesetzt. In Abhängigkeit
von einer jeweils beaufschlagten Spannung öffnet oder schließt der Festkörperaktuator
das Einspritzventil.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur
Ansteuerung eines Stellantriebs, insbesondere eines Festkörperaktuators
zu schaffen, die einfach eine zuverlässige Ansteuerung des Stellantriebs
ermöglicht.
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Die
Aufgabe wird gelöst
durch die Merkmale des unabhängigen
Patentanspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind
in den Unteransprüchen
gekennzeichnet.
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Die
Erfindung zeichnet sich aus durch ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Ansteuerung eines Stellantriebs, insbesondere eines Festkörperaktuators,
bei dem der Stellantrieb während je
eines Ansteuervorgangs mittels eines Zweipunktreglers angesteuert
wird. Das Stellsignal des Zweipunktreglers ist ein Stromsignal zum
Beaufschlagen des Stellantriebs. Einem oberen Schaltpunkt des Zweipunktreglers
ist jeweils ein maximaler Stromwert zugeordnet und einem unteren
Schaltpunkt des Zweipunktreglers ist jeweils ein minimaler Stromwert
zugeordnet. Der obere Schaltpunkt und der untere Schaltpunkt werden
während
des Ansteuervorgangs so vorgegeben, dass sie paarweise mindestens
durch einen vorgegebenen Mindestabstand beabstandet sind. Dies ermöglicht die
Ansteuerung des Zweipunktreglers in seinem Arbeitsbereich und damit
eine stabile Regelung. Ferner wird eine vorteilhafte elektromagnetische
Auslegung des Zweipunktreglers ermöglicht durch eine Begrenzung
von Schaltfrequenzen des Zweipunktreglers.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der jeweilige minimale
Stromwert während
einer vorgegebenen ersten Zeitdauer während des jeweiligen Ansteuervorgangs
von einem vorgegebenen ersten Minimalwert auf einen vorgegebenen
ersten Maximalwert erhöht.
Der vorgegebene erste Maximalwert ist größer als der vorgegebene erste
Minimalwert. Dies ermöglicht
ein zuverlässiges Laden
oder Entladen des Stellantriebs während der ersten vorgegebenen
Zeitdauer, bei dem Überschwinger
vermieden werden.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der jeweilige
minimale Stromwert während
einer zweiten vorgegebenen Zeitdauer so vorgegeben, dass er größer oder
gleich dem Maximalwert ist. Dies ermöglicht ein schnelles Laden
oder Entladen des Stellantriebs.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der jeweilige
minimale Stromwert während
einer dritten vorgegebenen Zeitdauer von einem vorgegebenen weite ren
Maximalwert auf einen vorgegebenen weiteren Minimalwert reduziert.
Der vorgegebene weitere Minimalwert ist kleiner als der vorgegebene
weitere Maximalwert. Dies ermöglicht
während
der dritten vorgegebenen Zeitdauer ein zuverlässiges Laden oder Entladen
des Stellantriebs, bei dem Überschwinger
vermieden werden.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung liegen
der jeweilige minimale Stromwert auf einer unteren Hüllkurve
und der jeweilige maximale Stromwert auf einer oberen Hüllkurve,
wobei die untere Hüllkurve
und die obere Hüllkurve
jeweils durch eine stetige Funktion vorgegeben werden. Dies ermöglicht eine
einfache und zuverlässige Vorgabe
der unteren Hüllkurve
und der oberen Hüllkurve.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die jeweilige
stetige Funktion aus differenzierbaren Funktionsabschnitten ausgebildet,
deren Funktionsverlauf jeweils linear ist. Dies ermöglicht eine
reproduzierbare Vorgabe der unteren Hüllkurve und der oberen Hüllkurve.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist entweder
die obere Hüllkurve
oder die untere Hüllkurve
so vorgegeben derart, dass die jeweils vorgegebene Hüllkurve
mittels einer weiteren vorgegebenen Funktion auf die jeweils andere
Hüllkurve
abgebildet wird. Dies ermöglicht
eine einfache Auslegung des Zweipunktreglers, bei dem der Verlauf
einer Hüllkurve
ausreicht, um mittels der weiteren vorgegebenen Funktion den Verlauf
der anderen Hüllkurve
vorzugeben.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es
zeigen:
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1 eine
Vorrichtung zum Betreiben eines Stellantriebs und ein Stellantrieb,
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2 eine
Endstufe eines Zweipunktreglers und ein Stellantrieb,
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3 eine
erste Steuereinheit,
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4 ein
Ablaufdiagramm eines Programms zur Ansteuerung eines Stellantriebs,
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5 ein
Stromverlauf und ein Spannungsverlauf von einem Ladevorgang eines
Stellantriebs.
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Elemente
gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit dem gleichen
Bezugszeichen gekennzeichnet.
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1 zeigt
eine Vorrichtung zur Ansteuerung eines Stellantriebs und einen Stellantrieb,
der als Festkörperaktuator
P ausgebildet ist. Die Vorrichtung umfasst einen Regler, der als
Zweipunktregler R2P ausgebildet ist. Der als Festkörperaktuator
P ausgebildete Stellantrieb basiert beispielsweise auf dem Piezo-Prinzip,
kann jedoch beispielsweise auch auf dem Prinzip der Magnetostriktion
basieren oder auf einem weiteren Prinzip, das dem zuständigen Fachmann
für den
Einsatz als Festkörperaktuator
P bekannt ist.
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Der
Zweipunktregler R2P regelt ein Stromsignal I, über das der Festkörperaktuator
P aufgeladen oder entladen wird. Der Zweipunktregler R2P umfasst
eine Endstufe E, eine Steuereinheit ST und eine Spannungsquelle
zur Bereitstellung einer Versorgungsspannung U_V. Mittels der Steuereinheit
ST wird der zeitliche Verlauf des Stromsignals I, das über die
Endstufe E an den Festkörperaktuator
P abgegeben wird, gesteu ert. Der Festkörperaktuator P ist gekoppelt
mit einem Bezugspotential GND, bei dem es sich beispielsweise um
ein Massepotential handelt. Zur Ermittlung eines Arbeitspunktes
des Festkörperaktuators
P kann eine über
dem Festkörperaktuator P
anliegende Aktuatorspannung U_P ermittelt werden.
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Zur
Ansteuerung des Festkörperaktuators
P über
die Endstufe E ist die Steuereinheit ST mit der Endstufe E gekoppelt über einen
ersten Schalter S1 und einen zweiten Schalter S2. Der erste Schalter
S1 wird angesteuert mittels eines ersten Steuersignals UST1 und
der zweite Schalter S2 wird angesteuert mittels eines zweiten Steuersignals
UST2. Bei dem ersten Schalter S1 und dem zweiten Schalter S2 kann
es sich beispielsweise jeweils um einen Transistor handeln. Ein
Amperemeter A ist der Endstufe E zugeordnet derart, dass es das
Stromsignal I zwischen der Endstufe E und dem Festkörperaktuator
P erfasst. Die Steuereinheit ST ist ferner gekoppelt mit dem Amperemeter
A. Dies ermöglicht
der Steuereinheit ST das Stromsignal I zwischen der Endstufe E und
dem Festkörperaktuator
P zu ermitteln.
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2 zeigt
eine Ausgestaltung der mit dem Festkörperaktuator P gekoppelten
Endstufe E, die hier in einer Buck-Boost-Topologie ausgebildet ist. Die Endstufe
E kann auch in einer anderen Topologie als Schaltsteller ausgebildet
sein, beispielsweise als Flyback- oder als SEPIC-Konverter.
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Die
Höhe der
Versorgungsspannung U_V richtet sich nach der Topologie der Endstufe
E. Ist die Endstufe E beispielsweise mittels der Buck-Boost-Topologie
ausgebildet, so fungiert die Endstufe E als Tiefsetzsteller. In
diesem Fall ist die Versorgungsspannung U_V größer oder gleich der Schwellspannung
U_TH, bis zu der der Festkörperaktuator
P aufgeladen wird. Ist die Endstufe E in einer anderen Topologie
ausgebildet, beispielsweise als Hochsetzsteller, dann ist die Versorgungsspannung U_V
kleiner oder gleich der Schwellspannung U_TH.
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In
der gezeigten Ausgestaltung der Endstufe E als Buck-Boost Konverter
umfasst die Endstufe E eine Versorgungskapazität CStore, den ersten und den
zweiten Schalter S1 und S2, eine erste und eine zweite Diode D1
und D2 sowie eine Induktivität
L1. Ferner ist das Amperemeter A der Endstufe E zugeordnet. Die
Versorgungsspannung U_V wird über
die Versorgungskapazität
CStore bereitgestellt. Die Versorgungskapazität CStore ist gekoppelt mit
dem ersten und dem zweiten Schalter S1 und S2, sowie mit der ersten
und der zweiten Diode D1 und D2, wobei die erste Diode D1 parallel
geschaltet ist zu dem ersten Schalter S1 und die zweite Diode D2
parallel geschaltet ist zu dem zweiten Schalter S2. Das Amperemeter
A ist gekoppelt zum einen mit dem ersten Schalter S1, dem zweiten
Schalter S2, der ersten Diode D1 und der zweiten Diode D2 und zum
anderen mit der Induktivität
L1. Durch die Induktivität
L1 fließt das
Stromsignal I zum Laden oder Entladen des Festkörperaktuators P.
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Zum
Laden des Festkörperaktuators
P wird der erste Schalter S1 mittels der Steuereinheit ST über das
erste Steuersignal UST1 angesteuert. Beim Entladen wird der zweite
Schalter S2 mittels der Steuereinheit ST über das zweite Steuersignal
UST2 angesteuert. Der Wert des Stromsignals I wird mittels des Amperemeters
A erfasst und an die Steuereinheit ST übertragen.
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3 zeigt
eine Ausführungsform
der Steuereinheit ST. Die Steuereinheit ST kann direkt mit dem ersten
Schalter S1 und dem zweiten Schalter S2 gekoppelt sein. Sie kann
jedoch beispielsweise auch über
jeweils eine Treiberstufe, die hier nicht dargestellt ist, mit dem
ersten Schalter S1 und dem zweiten Schalter S2 gekoppelt sein. Die
Steuereinheit ST umfasst beispielsweise einen Microcontroller MC
mit einem Analog-Digital-Wandler ADC sowie mit einer Schnittstelle
SP. Über
den Analog-Digital-Wandler ADC ermittelt die Steuereinheit ST das
digitalisierte Stromsignal I.
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In
Abhängigkeit
von dem Wert des Stromsignals I werden der erste und der zweite
Schalter S1 und S2 über
die Schnittstelle SP mittels des ersten Steuersignals UST1 und des
zweiten Steuersignals UST2 respektive eingeschaltet oder ausgeschaltet. Hierfür sind der
Steuereinheit ST jeweils ein oberer Schaltpunkt PO sowie ein unterer
Schaltpunkt PU vorgegeben. Der obere Schaltpunkt PO definiert jeweils
einen maximalen Stromwert ÎOn,
bei dem der erste Schalter S1 oder der zweite Schalter S2 von der Steuereinheit
ST geöffnet
wird, so dass das von der Endstufe E abgegebene Stromsignal I den
jeweils vorgegebenen maximalen Stromwert ÎOn nicht überschreitet. Der untere Schaltpunkt
PU definiert jeweils einen minimalen Stromwert ÎUm, bei dem der erste Schalter
S1 oder der zweite Schalter S2 geschlossen wird, so dass das von
der Endstufe E an den Festkörperaktuator
P abgegebene Stromsignal I im Folgenden ansteigt.
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Der
dem oberen Schaltpunkt PO jeweils zugeordnete maximale Stromwert ÎOn kann
so vorgegeben werden, dass er sich über die Zeit ändert. Desgleichen
kann der dem unteren Schaltpunkt PU zugeordnete jeweils minimale
Stromwert ÎUm über die
Zeit verändert
werden. Beispielsweise kann ein zeitlicher Verlauf des oberen Schaltpunkts
PO und des unteren Schaltpunkts PU mittels eines Kennfeldes vorgegeben
werden, das in einem Speicher des Microcontrollers MC abgespeichert
ist. Dies ermöglicht
ein einfaches Abrufen des Kennfeldes durch den Microcontroller MC,
wodurch der obere Schaltpunkt PO und der untere Schaltpunkt PU einfach
ermittelt werden können.
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Der
Ablauf eines Ladevorgangs des Festkörperaktuators P ist in 4 schematisch
dargestellt und wird im Folgenden anhand des gezeigten Ablaufdiagramms
näher erläutert.
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4 zeigt
den Ablauf des Ladevorgangs des Festkörperaktuators P anhand eines
Programms bestehend aus den Programmschritten K1 bis K13. Das Laden
wird in einem ersten Programmschritt K1 gestartet.
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In
einem zweiten Programmschritt K2 werden Variablen initialisiert.
Zur Veranschaulichung des Ablaufs ist die Anzahl der Schaltzyklen
des ersten Schalters S1 repräsentiert
durch die Variable n. Jedem Schaltzyklus n sind ein maximaler Stromwert ÎOn und
ein minimaler Stromwert ÎUn
zugeordnet, beispielsweise ÎO5
und ÎU5
für den
fünften
Schaltzyklus.
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Ferner
wird dem Starten des Ladens ein Zeitpunkt zugeordnet. Dies ist hier
angedeutet, durch die Variable t. Durch das Ermitteln eines weiteren
Zeitpunktes kann im weiteren Programmverlauf eine Zeitdauer ermittelt
werden, beispielsweise die Zeitdauer, die das Programm bis zu einem
jeweiligen Schaltzyklus n benötigt
hat.
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In
einem dritten Programmschritt K3 wird die Schalterstellung des ersten
Schalters S1 invertiert. War der erste Schalter S1 beispielsweise
vorher geöffnet,
so wird er im dritten Programmschritt geschlossen und umgekehrt.
Aus dem geschlossenen ersten Schalter S1 resultiert ein Anstieg
des Stromsignals I, das den Festkörperaktuator P über die
Induktivität
L1 auflädt,
so dass die Aktuatorspannung U_P ansteigt. In einem vierten Programmschritt
K4 wird der obere Schaltpunkt PO ermittelt. Dies wird beispielsweise
ermöglicht
durch den Zugriff der Steuereinheit ST auf ein gespeichertes Kennfeld, welches den
Verlauf des oberen Schaltpunkts mit der Zeit vorgibt.
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In
einem fünften
Programmschritt K5 bleibt das Programm so lange, bis das Stromsignal
I einen Wert aufweist, der größer oder
gleich ist dem von dem oberen Schaltpunkt PO vorgegebenen maximalen
Stromwert ÎOn.
Ist das der Fall, dann wird in einem sechsten Programmschritt K6
die Schalterstellung des ersten Schalters S1 abermals invertiert.
Der erste Schalter S1 wird dabei beispielsweise geöffnet.
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In
einem siebten Programmschritt K7 wird von der Steuereinheit ST der
Zeitpunkt des unteren Schaltpunktes PU ermittelt. Dies erfolgt beispielsweise
durch einen Zugriff auf ein Kennlinienfeld der Steuereinheit ST.
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In
einem achten Programmschritt K8 wird ermittelt, ob das Stromsignal
I einen Wert aufweist, der kleiner oder gleich groß ist einem
dem unteren Schaltpunkt PU zugeordneten minimalen Stromwert ÎUm. Erst
wenn diese Bedingung erfüllt
ist, wechselt das Programm in einen neunten Programmschritt K9. Im
neunten Programmschritt K9 wird ermittelt, ob die seit dem Beginn
des Ladens verstrichene Zeitdauer größer oder gleich ist einer vorgegebenen
Sollzeitdauer, die der Zeitdauer des gesamten Ansteuervorgangs entspricht.
Beispielsweise kann sich die vorgegebene Sollzeitdauer des gesamten
Ansteuervorgangs zusammensetzen aus einer ersten vorgegebenen Zeitdauer
T1, einer zweiten vorgegebenen Zeitdauer T2 und einer dritten vorgegebenen
Zeitdauer T3. Die vorgegebene Sollzeitdauer des gesamten Ansteuervorgangs
kann sich jedoch beispielsweise auch zusammensetzen aus beliebig
vielen weiteren vorgegebenen Zeitdauern.
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Für den Fall,
dass die vorgegebene Sollzeitdauer des gesamten Ansteuervorgangs
noch nicht erreicht ist, startet das Pro gramm einen nächsten Schaltzyklus
n zur Ansteuerung des ersten Schalters S1. Der Eintritt in den nächsten Schaltzyklus
n wird angedeutet durch die Inkrementierung von n in einem zehnten
Programmschritt K10.
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Für den Fall,
dass die Zeitdauer des vorgegebenen gesamten Ansteuervorgangs verstrichen ist,
beginnt das Programm mit der Ausführung eines elften Programmschritts
K11. Hierfür
wird die über den
Festkörperaktuator
P abfallende Aktuatorspannung U_P ermittelt. Ferner wird ermittelt
die vorgegebene Schwellspannung U_TH. Ist der Wert der über dem
Festkörperaktuator
P abfallenden Aktuatorspannung U_P größer oder gleich dem Wert der
vorgegebenen Schwellspannung U_TH, so endet das Programm in einem
dreizehnten Programmschritt K13. Ist dies nicht der Fall, dann beginnt
das Programm einen nächsten
Schaltzyklus n durch die Inkrementierung von n in einem zwölften Programmschritt
K12 und die sich daran anschließende
erneute Ausführung
des Programmschrittes K3.
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5 zeigt
einen zeitlichen Verlauf des Stromsignals I und der Aktuatorspannung
U_P, wie er bei dem Laden des Festkörperaktuators P auftreten kann.
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Ist
der Festkörperaktuator
P vollständig
entladen, so liegt über
dem Festkörperaktuator
P keine Aktuatorspannung U_P an. Die Aktuatorspannung U_P steigt
beim Laden des Festkörperaktuators
P abhängig
vom Stromsignal I an. Ist der Festkörperaktuator P vollständig aufgeladen,
so ist die Aktuatorspannung U_P größer oder gleich dem Schwellwert der
Schwellspannung U_TH.
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Der
Verlauf des Stromsignals I ist vorgegeben durch den oberen und den
unteren Schaltpunkt PO und PU, die dem Stromsignal I eine obere
Hüllkurve
HO und eine untere Hüllkurve
HU aufprägen. Auf
der oberen Hüllkurve
HO liegt der jeweilige maximale Stromwert ÎOn des Stromsignals I und
auf der unteren Hüllkurve
HU liegt der jeweilige minimale Stromwert ÎUm des Stromsignals I. Exemplarisch
für den
jeweiligen maximalen Stromwert ÎOn
beziehungsweise für
den jeweiligen minimalen Stromwert ÎUm sind der fünfte maximale
Stromwert ÎO5
beziehungsweise der fünfte
minimale Stromwert ÎU5
in 5 eingetragen.
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Der
dem jeweiligen oberen Schaltpunkt PO zugeordnete maximale Stromwert ÎOn und
der dem jeweiligen unteren Schaltpunkt PU zugeordnete minimale Stromwert ÎUm werden
während
des gesamten Ansteuervorgangs so vorgegeben, dass sie paarweise
mindestens durch einen vorgegebenen Mindestabstand Dmin beabstandet
sind. Der vorgegebene Mindestabstand Dmin ist derart ausgebildet,
dass der Zweipunktregler R2P in seinem Arbeitsbereich betrieben
werden kann.
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Infolgedessen
befindet sich der Zweipunktregler R2P während des gesamten Ansteuervorgangs
in einem stabilen und definierten Zustand. Dies ermöglicht eine
robuste und reproduzierbar arbeitende Ausbildung des Zweipunktreglers
R2P. Die Schaltfrequenz zwischen dem oberen Schaltpunkt PO und dem
unteren Schaltpunkt PU wird begrenzt. Hohe Schaltfrequenzen werden
sicher vermieden und eine elektromagnetisch verträgliche Auslegung des
Stellantriebs wird ermöglicht.
Durch den vorgegebenen Mindestabstand Dmin kann ferner auf das Aufprägen eines
Startpulses zu Beginn des Ladens beziehungsweise Entladens verzichtet
werden.
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Der
vorgegebene Wert für
den Mindestabstand Dmin kann relativ zum maximalen Stromsignal I
vorgegeben werden. Dmin kann beispielsweise in einem Bereich liegen
zwischen 10 und 30 Prozent des maximalen Stromsignals I. In Abhängigkeit
von dem verwendeten Zweipunktregler R2P kann es jedoch auch möglich sein,
dass für
den Mindestabstand Dmin ein Wert aus einem anderen Wertebereich
vorgegeben wird.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist jeweils nur
eine der beiden Hüllkurven
vorgegeben und ferner ist eine Funktion vorgegeben. Die jeweils
andere Hüllkurve
kann mittels der Funktion und der ersten Hüllkurve einfach abgebildet
werden. Beispielsweise ist es ausreichend, wenn der Zweipunktregler
R2P ausschließlich
den jeweiligen minimalen Stromwert ÎUm mittels des jeweiligen
unteren Schaltpunkts PU vorgibt. Der jeweils obere Schaltpunkt PO
mit dem jeweils zugeordneten maximalen Stromwert ÎUm kann
mittels der Funktion daraus abgeleitet werden. Bei der Funktion
kann es sich beispielsweise um einen Faktor handeln, mittels dem beispielsweise
die erste Hüllkurve
auf die jeweils andere Hüllkurve
abgebildet werden kann.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung erstreckt sich der Ansteuervorgang
des Festkörperaktuators
P über
drei Zeitdauern. Während
der vorgegebenen ersten Zeitdauer T1 wird der jeweilige minimale Stromwert ÎUm während des
jeweiligen Ansteuervorgangs von einem vorgegebenen ersten Minimalwert T1min
auf einen vorgegebenen ersten Maximalwert T1max erhöht, wobei
der vorgegebene erste Minimalwert T1max größer ist als der vorgegebene
erste Minimalwert T1min. Während
der zweiten vorgegebenen Zeitdauer T2 wird der jeweilige minimale Stromwert ÎUm so vorgegeben,
das er größer oder gleich
dem Maximalwert T1max ist. Während
der dritten vorgegebenen Zeitdauer T3 wird der jeweilige minimale
Stromwert ÎUm
von einem vorgegebenen weiteren Maximalwert T3max auf einen vorgegebenen weiteren
Minimalwert T3min reduziert, wobei der vorgegebene weitere Minimalwert
T3min kleiner ist als der vorgegebene weitere Maximalwert T3max.
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Das
Stromsignal I umfasst einen Wechselstromanteil und einen Gleichstromanteil.
Durch den vorgegebenen Verlauf der minimalen Stromwerte ÎUm über die
Zeit ist der Gleichstromanteil gegenüber dem Wechselstromanteil
groß.
Dies ermöglicht
es, den Ansteuervorgang des Festkörperaktuators P so auszubilden,
dass eine in dem Festkörperaktuator
P auftretende Verlustleistung klein ist.
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Um
die Verlustleistung in dem Festkörperaktuator
P weiter zu reduzieren kann zwischen der Endstufe E und dem Festkörperaktuator
P beispielsweise ein Tiefpassfilter geschaltet werden, was hier
nicht dargestellt ist. Je kleiner der Wechselstromanteil in dem
Stromsignal I gegenüber
dem Gleichstromanteil ist, desto einfacher kann das zwischengeschaltete Tiefpassfilter
ausgebildet sein.
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In
der in 5 gezeigten Ausführungsform dauert das Laden
200 Mikrosekunden, wobei der Festkörperaktuator P in dieser Zeit
aufgeladen wird auf eine Spannung von in etwa 150 Volt. Die Zeitdauer
des Ladens kann auch von der gezeigten Ausführungsform abweichen. Beispielsweise
ist es denkbar, dass der gesamte Ansteuervorgang des Ladens unter
100 Mikrosekunden vorgenommen wird. In diesem Fall kann beispielsweise
ein vollständiges
Laden und Entladen des Festkörperaktuators
P in einer Zeitdauer von unter 200 Mikrosekunden vorgenommen werden.
Der Verlauf der Aktuatorspannung U_P kann in anderen Ausführungsformen
bezüglich
ihres zeitlichen Verlaufs von der hier gezeigten Ausführungsform
abweicht. Ebenso ist es möglich,
dass die vorgegebene Schwellspannung U_TH einen anderen Wert aufweist.
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Die
Vorgabe von Werten beispielsweise für die vorgegebene erste Zeitdauer
T1, die vorgegebene zweite Zeitdauer T2 und die vorgegebene dritte Zeitdauer
T3 richtet sich nach dem Arbeitspunkt, bei dem der Festkörperaktuators
P betrieben werden soll. Verkürzt
man beispielsweise die vorgegebene zweite Zeitdauer T2, dann wird
die am Ende der vorgegebenen dritten Zeitdauer T3 am Festkörperaktuator
P abfallende Aktuatorspannung U_P kleiner. Die am Ende des Ladens über dem
Festkörperaktuator
P abfallende Aktuatorspannung U_P hängt ferner ab beispielsweise
von dem vorgegebenen ersten Maximalwert T1max sowie von dem vorgegebenen
weiteren Maximalwert T3max. Je größer der vorgegebene erste Maximalwert
T1max und der vorgegebene weitere Maximalwert T3max sind, desto
größer ist
der Gleichstromanteil des Stromsignals I, was zu einem schnelleren
Laden des Festkörperaktuators
P führt.
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Der
Ansteuervorgang des Stellantriebs wurde exemplarisch erklärt durch
eine Erläuterung
des Ladens des Festkörperaktuators
P. 3 zeigt hierfür
eine Ausführungsform
der Steuereinheit ST, die beispielsweise das Laden des Festkörperaktuators
P steuert. 4 zeigt das dem Laden zugeordnete
Ablaufdiagramm und in 5 sind der zugeordnete Stomverlauf
und der Spannungsverlauf dargestellt.
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Das
Entladen des Festkörperaktuators
P ist analog zu dem Laden und wird ebenfalls gesteuert von der Steuereinheit
ST. Das Ablaufdiagramm des Entladens des Festkörperaktuators P entspricht
dem in 4 gezeigten Ablaufdiagramm mit dem Unterschied,
dass zum Entladen des Festkörperaktuators P
in den Programmschritten K3 sowie K6 anstatt des ersten Schalters
S1 der zweite Schalter S2 angesteuert wird. Ferner wird im elften
Programmschritt K11 ermittelt, ob die Aktuatorspannung U_P einen
Wert erreicht hat, bei dem der Festkörperaktuator P vollständig entladen
ist. Das kann beispielsweise 0 Volt sein.
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Der
zeitliche Verlauf des Stromsignals I beim Entladen entspricht dem
zeitlichen Verlauf des Stromsignals I beim Laden des Festkörperaktuators P
mit dem Unterschied, dass sich die Richtung des Stromflusses ändert. Beim
Entladen entspricht die Richtung des Stromsignals I nicht mehr der
in 1 gezeigten Richtung, sondern sie zeigt von dem
Festkörperaktuator
P in die Endstufe E. Der zeitliche Verlauf der Aktuatorspannung
U_P beim Entladen unterscheidet sich vom zeitlichen Verlauf des
in 5 gezeigten Ladens dahingehend, dass die Aktuatorspannung
U_P von einem Wert, der dem Arbeitspunkt des Festkörperaktuators
P entspricht, auf einen Wert reduziert wird, bei dem der Festkörperaktuator
P vollständig
entladen ist. Das kann beispielsweise bei 0 V der Fall sein.