DE102010000885A1

DE102010000885A1 - Verfahren und Schaltungsanordnung zur Stromregelung für einen induktiven Verbraucher

Info

Publication number: DE102010000885A1
Application number: DE102010000885A
Authority: DE
Inventors: Pierre 88212 Dammé; Rainer Novak
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2010-01-14
Filing date: 2010-01-14
Publication date: 2011-07-21

Abstract

Verfahren zur Stromregelung für einen induktiven Verbraucher (2), insbesondere einen elektromagnetischen Druckregler eines Kraftfahrzeuggetriebes, wobei der induktive Verbraucher (2) zur Bestromung mittels einer von einem Regler (8) angesteuerten Stromendstufe (3) vorgesehen ist, wobei zur Stromregelung die getaktete Ansteuerung der Stromendstufe (3) in Abhängigkeit einer Regelgröße (i1) durch den Regler (8) mit einem PWM-Tastverhältnis vorgesehen ist, wobei der Strom durch den induktiven Verbraucher (2) die Regelgröße (i1) darstellt (Iststrom), wobei eine elektrische Strecke von Stromendstufe (3) und induktivem Verbraucher (2) gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Schritt eine erste beschreibende Differentialgleichung für die Regelgröße Iststrom (i1) in Abhängigkeit der Streckenparameter und des PWM-Tastverhältnisses basierend auf einer Modellbildung der elektrischen Strecke mittels average dynamics ermittelt wird; in einem zweiten Schritt eine zweite Differentialgleichung für eine Regelabweichung zwischen einem Sollstrom und dem Iststrom (i1) definiert wird; in einem dritten Schritt eine Reglergleichung bestimmt wird, welche auf dem Prinzip der Eingangs-Ausgangs-Linearisierung angewendet auf das zuvor bestimmte Differentialgleichungssystem zweiter Ordnung basiert; und in einem vierten Schritt ein entsprechend der Reglergleichung ausgelegter Regler (8) die Stromendstufe (3) ansteuert. Ferner eine Schaltungsanordnung hierzu.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Stromregelung für einen induktiven Verbraucher gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Schaltungsanordnung zur Stromregelung für einen induktiven Verbraucher gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 5.
Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Stromregelung für induktive Verbraucher, z. B. mittels Gleichstromstellerschaltungen, wie sie beispielsweise zur Ansteuerung von Druckreglern in Kraftfahrzeuggetrieben zum Einsatz kommen. Eine derartige Vorrichtung ist z. B. aus der DE 19614 866 A1 bekannt, wobei ein Micro-Controller mit einem Regler und einer Endstufe zur Stromregelung des durch einen induktiven Verbraucher fließenden Stroms verwendet werden. Zur Bewerkstelligung einer genauen Stromregelung muss beim Stand der Technik die Dynamik der elektrischen Strecke, z. B. der Druckreglerspule, beim Entwurf des Reglers berücksichtigt werden. Die Dynamik der elektrischen Strecke ist üblicherweise jedoch von unterschiedlichen Parameter wie beispielsweise Temperatur oder Ankerstellung, und Randbedingungen wie bespielsweise Stromniveau oder Versorgungsspannung abhängig, so dass die Reglerparameter in Abhängigkeit der Streckenparameter angepasst werden müssen. Dies führt in nachteiliger Weise zu umfangreichen Abstimm- und Versuchsarbeiten sowie einer erschwerten Übertragbarkeit auf andere Projekte oder elektrische Strecken. Des Weiteren werden bislang Störungen der Versorgungsspannung im Reglerentwurf nicht explizit berücksichtigt.
Ausgehend hiervon liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur Stromregelung für einen induktiven Verbraucher zu entwickeln, welche die Nachteile des Stands der Technik überwinden.
Diese Aufgabe wird bezüglich des Verfahrens erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst, bezüglich der Vorrichtung durch die Merkmale des Anspruchs 5.
Vorgeschlagen wird erfindungsgemäß ein Verfahren zur Stromregelung für einen induktiven Verbraucher, insbesondere einen elektromagnetischen Druckregler eines Kraftfahrzeuggetriebes, wobei der induktive Verbraucher zur Bestromung mittels einer von einem Regler angesteuerten Stromendstufe vorgesehen ist, wobei zur Stromregelung die getaktete Ansteuerung der Stromendstufe in Abhängigkeit einer Regelgröße durch den Regler mit einem PWM-Tastverhältnis vorgesehen ist, wobei der Strom durch den induktiven Verbraucher die Regelgröße darstellt (Iststrom), wobei eine elektrische Strecke von Stromendstufe und induktivem Verbraucher gebildet wird, wobei in einem ersten Schritt eine erste beschreibende Differentialgleichung für die Regelgröße Iststrom in Abhängigkeit der Streckenparameter und des PWM-Tastverhältnisses basierend auf einer Modellbildung der elektrischen Strecke mittels average dynamics ermittelt wird; in einem zweiten Schritt eine zweite Differentialgleichung für eine Regelabweichung zwischen einem Sollstrom und dem Iststrom definiert wird; in einem dritten Schritt eine Reglergleichung bestimmt wird, welche auf dem Prinzip der Eingangs-Ausgangs-Linearisierung angewendet auf das zuvor bestimmte Differentialgleichungssystem zweiter Ordnung basiert; und in einem vierten Schritt ein entsprechend der Reglergleichung ausgelegter Regler die Stromendstufe ansteuert.
Weiterhin wird erfindungsgemäß ein Verfahren vorgeschlagen, bei welchem die Reglergleichung das an die Stromendstufe auszugebende PWM-Tastverhältnis ausdrückt.
Bei einem Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Dynamik des geschlossenen Kreises, bei welchem die Regelgröße auf einen Reglereingang zurückgeführt ist, lediglich mittels zweier Applikationsparameter Eigenfrequenz und Dämpfung abstimmbar.
Weiterhin wird erfindungsgemäß ein Verfahren vorgeschlagen, wobei die Streckenparameter einen Parameter aus temperaturabhängigem Widerstand oder arbeitspunktabhängiger Induktivität oder Versorgungsspannung aufweisen.
Vorgeschlagen wird erfindungsgemäß auch eine Schaltungsanordnung zur Stromregelung für einen induktiven Verbraucher, wobei der induktive Verbraucher in einer Gleichstromstellerschaltung angeordnet ist und einen Widerstand R1 und eine Induktivität L aufweist, wobei die Gleichstromstellerschaltung einen zum induktiven Verbraucher in Serie geschalteten Messwiderstand R2 aufweist, und wobei der induktive Verbraucher und der Messwiderstand mittels eines Leistungsschalters und einer Versorgungsspannungsquelle je der Gleichstromstellerschaltung in Abhängigkeit eines durch einen Regler der Schaltungsanordnung vorgegebenen PWM-Tastverhältnisses u zur Ansteuerung des Leistungsschalters bestrombar sind, wobei ein Freilaufkreis mit einer Freilaufdiode D vorgesehen ist, in welchem der Strom durch den induktiven Verbraucher und den Messwiderstand bei Offenstellung des Leistungsschalters zirkulieren kann, wobei die Regelgröße in Form des durch den induktiven Verbraucher fließenden Stroms mittels des Messwiderstands an den Regler zur Bildung eines geschlossenen Regelkreises rückgeführt ist, wobei sich das PWM-Tastverhältnis, welches vom Regler als Stellgröße an den Leistungsschalter ausgebbar ist, nach der Reglergleichung
bestimmt,
wobei u das PWM-Tastverhältnis des Leistungsschalters (Stellgröße), i_{1_soll} den Sollstrom durch den induktiven Verbraucher, i₁ den Iststrom durch den induktiven Verbraucher, i₂ eine integrierte Regelabweichung i_{1_soll} – i₁, R_a den aus R₁ + R₂ + R_d gebildeten Streckenwiderstand des Freilaufkreises mit R_d als Diodenwiderstand bezeichnet, R_b die Differenz R_d – R₃ mit R₃ als Leistungsschalterinnenwiderstand, a₀ und a₁ jeweils eine Funktion von f₀ und xi₀ bezeichnen, wobei f₀ die Eigenfrequenz des geschlossenen Regelkreises und xi₀ die Dämpfung des geschlossenen Regelkreises bezeichnet, und wobei L die Induktivität des induktiven Verbrauchers, u_d0 eine Durchbruchspannung der Diode und u₀ eine Versorgungsspannung der Versorgungsspannungsquelle darstellt.
Bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform der Schaltungsanordnung ist die Induktivität des induktiven Verbrauchers als Kennlinie oder als Näherungsgleichung in Abhängigkeit des aktuellen Iststroms i₁ in einem Speicher der Schaltungsanordnung hinterlegt.
Bei noch einer erfindungsgemäßen Ausführungsform der Schaltungsanordnung ist der Widerstand des Freilaufkreises Ra als Kennlinie in einem Speicher der Schaltungsanordnung hinterlegt oder aus dem stationären Zusammenhang zwischen Soll- und Iststrom bzw. dem I-Anteil rückgerechnet.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnungen, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläuten. Es zeigt:
1 exemplarisch eine Gleichstromsteller-Schaltung mit einem induktiven Verbraucher gemäß einer möglichen Ausführungsform der Erfindung; und
2 exemplarisch eine Regelungsstruktur gemäß einer möglichen Ausführungsform der Erfindung zur Stromregelung für einen induktiven Verbraucher.
In der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung entsprechen gleichen Bezugszeichen Elemente gleicher oder vergleichbarer Funktion.
1 zeigt schematisch und beispielhaft eine Schaltung 1 bzw. Gleichstromsteller-Schaltung 1 zur Stromversorgung, insbesondere bedarfsgerechten Bestromung, eines daran angeordndeten induktiven Verbrauchers 2, welche zur erfindungsgemäßen Stromregelung für einen induktiven Verbraucher 2 zusammen mit einem Regler verwendbar ist. Der induktive Verbraucher 2, der insbesondere ein elektromagnetischer Druckregler bzw. eine Druckreglerspule des elektromagnetischen Druckreglers sein kann, wird infolge einer z. B. geregelten Bestromung der Gleichstromsteller-Schaltung 1 kontinuierlich zur Einnahme einer vorgesehenen Stellung (Offenstellung, Schließstellung oder Zwischenstellungen) gedrängt. Ein als elektromagnetischer Druckregler ausgeführter induktiver Verbraucher 2 ist bevorzugt zur Druckregelung in einem automatischen oder automatisierten Getriebe eines Kraftfahrzeuges vorgesehen, wobei ein Stromwert an dem induktiven Verbraucher 2 sehr exakt einstellbar ist, der sich förderlich auf den Schaltkomfort des Getriebes auswirkt.
Die Gleichstromsteller-Schaltung 1, an welcher die induktive Last in Form des induktiven Verbrauchers 2 angeordnet ist, ist z. B. in Form einer Stromendstufe 3 realisiert. Die Stromendstufe 3 ist z. B. Bestandteil einer elektronischen Getriebesteuerung bzw. eines Getriebesteuergerätes. Zur Bestromung des induktiven Verbrauchers 2 weist die Schaltung bzw. die Stromendstufe 3 eine Versorgungsspannungsquelle 4 auf sowie einen Leistungsschalter 5. Der Leistungsschalter 5 ist zur getakteten Ansteuerung mittels eines Reglerausgangs eines Reglers vorgesehen (in 1 nicht dargestellt), und z. B. mittels eines Transistors gebildet.
In Abhängigkeit eines vom Regler gelieferten PWM-Signals (PWM) bzw. Tastverhältnisses (z. B. Verhältnis der Signaleintastung zur Periodendauer des Signals) an seinem Steuereingang, welches mit einem einzustellenden Stromwert korrespondiert und insofern eine Stellgröße u darstellt, schaltet der Leistungsschalter 5 mit z. B. vorgegebener Taktfrequenz entsprechend des durch den Regler 8 vorgegebenen Tastverhältnisses.
Infolge der Ansteuerung des Leistungsschalters 5 fließt ein Strom ausgehend von der Spannungsquelle 4 in der Serienschaltung von (Gleich-)Spannungsquelle 4 (Versorgungsspannung U₀), induktivem Verbraucher 2 (dargestellt durch eine Spule mit (Innen-)Widerstand R1 und der Induktivität L), einem Messwiderstand R2, sowie einer Eingangs-Ausgangs-Strecke des Leistungsschalters 5 nach Masse (Leistungsschalter 5 geschlossen). Im Fall des offenen Leistungsschalters 5 kann der Strom in einem Freilaufkreis 6 zirkulieren. Es wird angemerkt, dass die als Widerstand bezeichneten Widerstände einen ohmschen Widerstand darstellen.
Mittels des Messwiderstands R2, z. B. in Form eines Strommessshunts, wird der durch den induktiven Verbraucher 2 fließende Iststrom I₁ jeweils ermittelt, und z. B. auf einen Reglereingang rückgeführt (geschlossener Regelkreis, nicht in 1 dargestellt).
Die Gleichstromsteller-Schaltung 1 bildet wie erwähnt einen Freilaufkreis 6 mit einer Freilaufdiode 7, welche eine Diodenwiderstand R_d aufweist. Die Freilaufdiode 7 ist auf bekannte Weise parallel zu R2 und dem induktiven Verbraucher 2 geschaltet bzw. überbrückt diese, so dass ein Stromfluss bei offenem Leistungsschalter 5 vom induktiven Verbraucher 2 zum Widerstand R2 und zurück zum Eingang (spannungsquellenseitig) des induktiven Verbrauchers 2 durch die Diode 7 in ihrer Durchlassrichtung möglich ist. Die Freilaufdiode 7 wird ab einer Durchbruchspannung u_d0 leitend, wobei sich die Spannung an der Diode zu u_d = u_d0 + R_di_d bestimmt, wobei i_d den Diodenstrom bezeichnet.
Darüber hinaus weist die Schaltung 1 Filterkapazitäten C1 und C2 auf, wobei ein Kondensator C2 zwischen Eingang 5a und Ausgang 5b (Eingang-Ausgangs-Strecke) des Leistungsschalters 5 geschaltet ist, und der zweite Kondensator C1 zwischen dem induktiven Verbraucher 2 und R2 auf Masse geschaltet ist. Die Filterkapazitäten dienen in vorteilhafter Weise zur Unterdrückung hochfrequenter Störsignale.
Im Zusammenhang mit einer Regelung des durch den induktiven Verbraucher 2 fließenden Stroms, stellt die Gleichstromsteller-Schaltung 1 zusammen mit dem in Serie zwischen Spannungsquelle 4 und dem Widerstand R2 angeordneten induktiven Verbraucher 2 vorliegend die elektrische Strecke eines Regelkreises dar, welcher, wie in 2 dargestellt, aus einem Regler 8, der Stromendstufe 3 bzw. der Gleichstromstellerschaltung 1 und dem induktiven Verbraucher 2 gebildet ist. Als Regelgröße des Regelkreises dient der Iststrom i₁ durch den induktiven Verbraucher 2, welcher mittels des Widerstands R2 gemessen und an einen Eingang des Reglers 8 rückgeführt wird.
Um die erfindungsgemäße Stromregelung für den induktiven Verbraucher 2 zu realisieren, steuert ein Regler 8 die Stromendstufe 3 an, welcher als Stellgröße u ein Tastverhältnis (PWM) an die Stromendstufe 3 bzw. deren Leistungsschalter 5 ausgibt. Dazu bzw. zur Ermittlung der Stellgröße u wird erfindungsgemäß in einem ersten Schritt eine erste Differentialgleichung für die Regelgröße Iststrom i₁ in Abhängigkeit der Streckenparameter (Widerstände, z. B. R1, R2, R3, R_d), Induktivitäten (z. B. L), Spannungen, z. B. u₀, u_d) und des PWM-Tastverhältnisses der Stromendstufe 3 ermittelt. Um die erste beschreibende Differentialgleichung zu ermitteln, welche die Dynamik der elektrischen Strecke und die Schalterstellung (offen/geschlossen) des Leistungsschalters 5 berücksichtigt, wird mittels „average dynamics”, welches ein für den Fachmann bekanntes Verfahren zur Mittelwertbildung ist, ein nichtlineares Modell der elektrischen Strecke gebildet (mittlerer Strom in Abhängigkeit des Tastverhältnisses bzw. der Schalterstellung). Die stationären Zusammenhänge dieses Modells können z. B. für eine Vorsteuerung genutzt werden.
Nach Ermittlung der ersten Differentialgleichung wird in einem zweiten Schritt eine zweite Differentialgleichung für eine Regelabweichung (z. B. integrierte Regelabweichung) zwischen Sollstrom i_{1_soll} (Führungsgröße) und Iststrom i₁ (Regelgröße) aufgestellt bzw. definiert, wodurch ein I-Anteil des Reglers 8 berücksichtigt werden kann. Durch den I-Anteil kann sichergestellt werden, dass eine Regelabweichung zu Null wird. Aufbauend auf dem Prinzip der auf des im ersten und zweiten Schritt bestimmte Differentialgleichungssystem zweiter Ordnung angewendeten, bekannten Eingangs-Ausgangs-Linearisierung wird in einem dritten Schritt die Reglergleichung des Reglers 8 bestimmt. Durch die Eingangs-Ausgangs-Linearisierung wird dabei eine Arbeitspunktabhängigkeit der ersten, (nichtlinearen) Differentialgleichung eliminiert.
Ein entsprechend der ermittelten Reglergleichung ausgelegter Regler 8 steuert erfindungsgemäß in einem vierten Schritt die Stromendstufe 3 bzw. die Gleichstromsteller-Schaltung 1 zur Stromregelung für den induktiven Verbraucher 2 an, wobei die Reglerauslegung z. B. durch Programmierung erfolgt.
Ein derart ausgelegter Regler erzeugt ein lineares, arbeitspunktunabhängiges Übertragungsverhalten 2. Ordnung zwischen der Eingangsgroße Sollstrom i_{1_soll} und der Regelgröße Iststrom i₁, wobei die gewünschte Dynamik des geschlossenen Kreises (Regelgröße zurückgeführt und mit Sollwert verglichen, Gegenkopplung) durch lediglich zwei Applikationsparameter Eigenfrequenz f₀ und Dämpfung xi₀ des geschlossenen Regelkreises abstimmbar ist. Die variablen Streckenparameter, beispielsweise temperaturabhängige Widerstände oder arbeitspunktabhängige Induktivitäten, können dabei anhand von Kennfeldern, Näherungsgleichungen oder Adaptionsalgorithmen berücksichtigt werden.
Durch dieses Verfahren zur Stromregelung für einen induktiven Verbraucher 2 wird eine einfache Abstimmbarkeit der Regelung bzw. des Reglers 8 erreicht. Nach erfolgreichem Modellabgleich sind die Streckenparameter bekannt und die Führungsdynamik kann anhand von den zwei Parametern Eigenfrequenz f₀ und Dämpfung xi₀ bedarfsgerecht und arbeitspunktunabhängig eingestellt werden. Der mittels der Reglergleichung ausgelegte Regler 8 kann einfach an veränderte Randbedingungen angepasst werden, insofern als das Grundprinzip der Gleichstromstellerschaltungen 1 immer vergleichbar ist. Ferner enthält die Reglergleichung bereits implizit den zur Verhinderung stationärer Regelabweichungen notwendigen I-Anteil. Eine Vorsteuerung, welche z. B. die Abhängigkeit des Iststroms i₁ von variablen Streckenparametern berücksichtigt, ist mittels der durch das erfindungsgemäße Verfahren bestimmten Reglergleichung bereits implementiert. Auch die arbeitspunktabhängigen Auswirkungen von Störungen der Versorgungsspannung sind bereits berücksichtigt.
Bei der in 2 dargestellten erfindungsgemäßen Regelungsstruktur bzw. Schaltungsanordnung sind eine wie oben beschriebene Stromendstufe 3 bzw. Schaltung 1 sowie ein Regler 8 und der induktive Verbraucher 2 (in 2 nicht dargestellt) zur Bildung der Schaltungsanordnung vorgesehen. Der Regler 8, welcher insbesondere als Software-Regler bzw. Micro-Controller zusammen mit der beschriebenen Stromendstufe 3 bzw. der Gleichstromstellerschaltung 1 in die oben erwähnten elektronischen Getriebesteuerung integriert sein kann, weist einen Ausgang 8a zur Ansteuerung des Leistungsschalters 5 der Stromendstufe 3 bzw. der Gleichstromstellerschaltung 1 auf. Die an diesem Ausgang 8a anliegende Spannung weist dabei das aus der Reglergleichung des obigen Verfahrens gewonnenen PWM-Tastverhältnis u (Stellgröße) auf.
Dem Regler 8 werden zur Regelung anhand der erfindungsgemäß ermittelten Reglergleichung notwendige Parameter der elektrischen Strecke zur Verfügung gestellt, vorliegend u₀, u_d0, R_a, R_b sowie die Regelgröße Iststrom i₁. Der der Regelabweichung i₂, welche aus i_{1_soll} – i₁ resultiert, entsprechende I-Anteil wird, ebenso wie der insbesondere als L-Kennlinie in einem Speicher der Schaltungsanordnung hinterlegte Wert der Induktivität L des induktiven Verbrauchers 2, ebenfalls dem Regler 8 zur Verfügung gestellt.
In der Schaltungsanordnung gemäß 2 ist vorgesehen, den Regler 8 mit einem Vorfilter 9 auszubilden, welcher wie der Regler 8 mittels der Applikationsparameter Eigenfrequenz f₀ und Dämpfung xi₀ beeinflussbar ist, was durch die Verbindung 10 angedeutet ist. Der Vorfilter 9 dient zur Elimination einer Nullstelle in der Übertragungsfunktion zwischen Soll- und Iststrom i_1-soll, i₁, ist jedoch nicht zwingend zur Ausführung der Erfindung notwendig.
Bei einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung mit einer wie oben beschriebenen Regelungsstruktur nach 2 zur Ansteuerung des Leistungsschalters 5 der Schaltung 1 mittels der Stellgröße u, einer Gleichstromstellerschaltung 1 sowie dem induktiven Verbraucher 2 nach 1, bei welcher der Iststrom i₁ mittels R2 gemessen und dem Regler 8 zur Verfügung gestellt wird, ergibt sich mittels oben beschriebenen Verfahrens die Reglergleichung zu:
wobei u das PWM-Tastverhältnis des Leistungsschalters (Stellgröße), i_{1_soll} den Sollstrom durch den induktiven Verbraucher 2, i₁ den Iststrom durch den induktiven Verbraucher 2, i₂ eine integrierte Regelabweichung i_{1_soll} – i₁, R_a den aus R₁ + R₂ + R_d gebildeten Streckenwiderstand des Freilaufkreises mit R_d als Diodenwiderstand der Freilaufdiode 7 bezeichnet, R_b die Differenz R_d – R₃ mit R₃ als Leistungsschalterinnenwiderstand des Leistungsschalters 5, a₀ und a₁ jeweils eine Funktion von f₀ und x_i0 bezeichnen (a0 = f(f₀, xi₀); a1 = f(f₀, xi₀), wobei f₀ die Eigenfrequenz des geschlossenen Regelkreises und xi₀ die Dämpfung des geschlossenen Regelkreises bezeichnet. Hierbei stellt L die Induktivität des induktiven Verbrauchers 2, u₀ die an der Versorgungsspannungsquelle 4 anliegende Versorgungsspannung und u_d0 die Durchbruchspannung der Freilaufdiode 7 dar.
Es ist vorgesehen, den Streckenwiderstand des Freilaufkreises R_a entweder als Kennlinie oder Näherungsgleichung, welche beispielsweise von einer aktuellen Getriebeöltemperatur abhängig sei können, in einem Speicher des Reglers 8 bzw. der elektronischen Getriebesteuerung zu hinterlegen oder den Streckenwiderstand des Freilaufkreises R_a stattdessen aus dem stationären Zusammenhang zwischen Soll- und Iststrom i_{1_soll}, i₁ bzw. dem I-Anteil rückzurechnen. Im letzteren Fall kann der berechnete Streckenwiderstand vorteilhaft zur Plausibilisierung eines Temperatursignals eines Getriebeöltemperatursensors verwendet werden.
Mittels der aus obigem Verfahren gewonnenen Reglergleichung kann der Regelkreis so parametriert werden, dass sich zwischen Soll- und Istwert (i_{1_soll}, i₁) ein frei vorgebbarer stationärer Offset einstellt (Testmode-Ansteuerung).
Bezugszeichenliste

1: Gleichstromstellerschaltung
2: induktiver Verbraucher
3: Stromendstufe
4: Versorgungsspannungsquelle
5: Leistungsschalter
5a: Eingang Leistungsschalter
5b: Ausgang Leistungsschalter
6: Freilaufkreis
7: Freilaufdiode
8: Regler
8a: Reglerausgang
9: Vorfilter
10: Verbindung
R1: Widerstand induktiver Verbraucher
L: Induktivität induktiver Verbraucher
R2: Messwiderstand
R3: Innenwiderstand Transistor
C1, C2: Kapazitäten
u0: Versorgungsspannung
ud: Diodenspannung
ud0: Durchbruchspannung Diode
Rd: Diodenwiderstand
id: Diodenstrom
u: PWM-Tastverhältnis Leistungsschalter
i1_soll: Sollstrom durch induktiven Verbraucher (Stellgröße)
i1: Iststrom durch induktiven Verbraucher (Regelgröße)
i2: integrierte Regelabweichung
Ra: Streckenwiderstand Freilaufkreis
Rb: R_d – R₃
f0: Eigenfrequenz geschlossener Regelkreis
xi0: Dämpfung geschlossener Regelkreis

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19614866 A1 [0002]

Claims

Verfahren zur Stromregelung für einen induktiven Verbraucher (2), insbesondere einen elektromagnetischen Druckregler eines Kraftfahrzeuggetriebes, wobei der induktive Verbraucher (2) zur Bestromung mittels einer von einem Regler (8) angesteuerten Stromendstufe (3) vorgesehen ist, wobei zur Stromregelung die getaktete Ansteuerung der Stromendstufe (3) in Abhängigkeit einer Regelgröße (i₁) durch den Regler (8) mit einem PWM-Tastverhältnis vorgesehen ist, wobei der Strom durch den induktiven Verbraucher (2) die Regelgröße (i₁) darstellt (Iststrom), wobei eine elektrische Strecke von Stromendstufe (3) und induktivem Verbraucher (2) gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Schritt eine erste beschreibende Differentialgleichung für die Regelgröße Iststrom (i₁) in Abhängigkeit der Streckenparameter und des PWM-Tastverhältnisses basierend auf einer Modellbildung der elektrischen Strecke mittels average dynamics ermittelt wird; in einem zweiten Schritt eine zweite Differentialgleichung für eine Regelabweichung zwischen einem Sollstrom und dem Iststrom (i₁) definiert wird; in einem dritten Schritt eine Reglergleichung bestimmt wird, welche auf dem Prinzip der Eingangs-Ausgangs-Linearisierung angewendet auf das zuvor bestimmte Differentialgleichungssystem zweiter Ordnung basiert; und in einem vierten Schritt ein entsprechend der Reglergleichung ausgelegter Regler (8) die Stromendstufe (3) ansteuert.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reglergleichung das an die Stromendstufe (3) auszugebende PWM-Tastverhältnis (u) ausdrückt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dynamik des geschlossenen Kreises, bei welchem die Regelgröße (i₁) auf den Reglereingang zurückgeführt ist, lediglich mittels zweier Applikationsparameter Eigenfrequenz (f₀) und Dämpfung (xi₀) abstimmbar ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Streckenparameter einen Parameter aus temperaturabhängigem Widerstand oder arbeitspunktabhängiger Induktivität oder Versorgungsspannung (u₀) aufweisen.
Schaltungsanordnung zur Stromregelung für einen induktiven Verbraucher (2), wobei der induktive Verbraucher (2) in einer Gleichstromstellerschaltung (1) angeordnet ist und einen Widerstand R1 und eine Induktivität L aufweist, wobei die Gleichstromstellerschaltung (1) einen zum induktiven Verbraucher (2) in Serie geschalteten Messwiderstand R2 aufweist, und wobei der induktive Verbraucher (2) und der Messwiderstand R2 mittels eines Leistungsschalters (5) und einer Versorgungsspannungsquelle (4) je der Gleichstromstellerschaltung (1) in Abhängigkeit eines durch einen Regler (8) der Schaltungsanordnung vorgegebenen PWM-Tastverhältnisses u zur Ansteuerung des Leistungsschalters (5) bestrombar sind, wobei ein Freilaufkreis (6) mit einer Freilaufdiode (7) vorgesehen ist, in welchem der Strom durch den induktiven Verbraucher (2) und den Messwiderstand R2 bei Offenstellung des Leistungsschalters (5) zirkulieren kann, wobei die Regelgröße (i₁) in Form des durch den induktiven Verbraucher (2) fließenden Stroms mittels des Messwiderstands R2 an den Regler (8) zur Bildung eines geschlossenen Regelkreises rückgeführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass sich das PWM-Tastverhältnis, welches vom Regler (8) als Stellgröße u an den Leistungsschalter (5) ausgebbar ist, nach der Reglergleichung
bestimmt, wobei u das PWM-Tastverhältnis des Leistungsschalters (5) (Stellgröße), i_{1_soll} den Sollstrom durch den induktiven Verbraucher (2), i₁ den Iststrom durch den induktiven Verbraucher (2), i₂ eine integrierte Regelabweichung i_{1_soll} – i₁, R_a den aus R₁ + R₂ + R_d gebildeten Streckenwiderstand des Freilaufkreises (6) mit R_d als Diodenwiderstand bezeichnet, R_b die Differenz R_d – R₃ mit R₃ als Leistungsschalterinnenwiderstand, a₀ und a₁ jeweils eine Funktion von f₀ und xi₀ bezeichnen, wobei f₀ die Eigenfrequenz des geschlossenen Regelkreises und xi₀ die Dämpfung des geschlossenen Regelkreises bezeichnet, und wobei L die Induktivität des induktiven Verbrauchers (2), u_d0 eine Durchbruchspannung der Diode (7) und u₀ eine Versorgungsspannung der Versorgungsspannungsquelle (4) darstellt.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktivität L des induktiven Verbrauchers (2) als Kennlinie oder als Näherungsgleichung in Abhängigkeit des aktuellen Iststroms i₁ in einem Speicher der Schaltungsanordnung hinterlegt ist.
Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstand des Freilaufkreises R_a als Kennlinie in einem Speicher der Schaltungsanordnung hinterlegt ist oder aus dem stationären Zusammenhang zwischen Soll- und Iststrom bzw. dem I-Anteil rückgerechnet ist.