DE102011006227A1 - Verfahren und Vorrichtung für eine Reglervorsteuerung - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung für eine Reglervorsteuerung Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Optimierung eines Einregelvorganges bei einem Regelsystem, welches mit einer adaptiv geformten Vorsteuerung kombiniert sein kann. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass während des Einschwingvorganges bis zum Erreichen eines Sollwertes eine Anregung mittels einer adaptiv geformten Vorsteuerung mit einer geformten Anregung in unterschiedlichen Phasen verwendet wird, wobei die Aufteilung der Phasen eigenschaftsabhängig und selbstständig an das Regelsystem anpasst und nach dem Einschwingvorgang und nach Erreichen des Sollwertes die Regelung mittels eines konventionellen Reglers fortgesetzt wird. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung sieht zur Durchführung des Verfahrens vor, dass die Vorrichtung Bestandteil eines Steuergerätes ist, wobei die Steuergerätefunktion des Steuergerätes Verfahrensmerkmale gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens aufweist, wobei die Steuergerätefunktion software- oder hardware-basiert im Steuergerät implementiert ist. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der entsprechenden Vorrichtung kann eine Applikationsvereinfachung durch Reduzierung von Mess- und Parametrieraufwand erreicht werden. Durch sein adaptives Verhalten können Anpassungen an Systemtoleranzen und Alterungen von Komponenten des Regelsystems sowie betriebspunkt- oder betriebsartenabhängige Anpassungen selbstständig vorgenommen werden, was einer Erhöhung der Systemrobustheit zuträglich ist. Eine bevorzugte Anwendung des Verfahrens sieht die Verwendung innerhalb einer Motorsteuerung zur Steuerung und Regelung einer Brennkraftmaschine und/oder eines Abgasnachbehandlungssystems der Brennkraftmaschine vor.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Optimierung eines Einregelvorganges bei einem Regelsystem, welches mit einer adaptiv geformten Vorsteuerung kombiniert sein kann.
  • Die Erfindung betrifft weiterhin eine entsprechende Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
  • Stand der Technik
  • Im Bereich der Entwicklung der Motorsteuerung für Kraftfahrzeuge ist es notwendig, die Steuergerätesoftware an die Vorgabe des Kunden projektspezifisch anzupassen. Die Steuergerätesoftware enthält dafür unterschiedliche Softwarefunktionen, die an unterschiedlichen Stellen parametrisiert bzw. angepasst werden müssen. Ein Teil der Softwarefunktionen sind Regler, die Vorgaben (Sollwerte) an Teilsysteme, wie beispielsweise an das Luftsystem oder an das Hochdrucksystem bei Diesel-Einspritzanlagen, dynamisch wie auch stationär regeln.
  • Das Einschwingverhalten von Regelstrecken, wie sie bei den motortypischen Systemen vorkommen, wird in der Regel mit PID-Reglern, oft in Kombination mit einer Vorsteuerung, geregelt, welche adaptierbar ist. Beispiele hierfür sind Ladedruckregelungen, Raildruckregler, Regelungen zur Abgasrückführung, Leerlaufregelungen etc.
  • So wird beispielsweise in der Offenlegungsschrift DE 10 2008 030 480 A1 ein Verfahren zum Betätigen einer Startkupplung in einem Hybridfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine mit einer Kurbelwelle und einer Elektromaschine mit einem Rotor beschrieben, wobei zu einem Start der Brennkraftmaschine die Elektromaschine auf eine vorbestimmte Drehzahl beschleunigt und die zwischen Elektromaschine und Brennkraftmaschine wirksame Startkupplung in Abhängigkeit von einem über die Startkupplung zu übertragenden Moment zugestellt wird. Dabei ist vorgesehen, dass in einer ersten Startphase ein Vorsteuermoment auf einen vorgegebenen Wert gesetzt wird und in einer zweiten Startphase bei erkanntem Start der Brennkraftmaschine ein Sollmoment, abhängig von der Beschleunigung der Kurbelwelle, geregelt wird. Weiterhin kann das Vorsteuermoment in der ersten Startphase in Abhängigkeit von der Zeit ab der beginnenden Startphase erhöht werden, bis ein Start der Brennkraftmaschine erkannt wird. Das Vorsteuermoment kann dabei rampenförmig erhöht werden und kann auch als zeitabhängige Kennlinie in einem Steuergerät hinterlegt und in Abhängigkeit von der Zeit ab Beginn der Startphase als zeitabhängiges Vorsteuermoment eingestellt werden.
  • Ein weiteres Beispiel für eine adaptierbare Vorsteuerung ist aus der Patentschrift DE 10 2006 008 051 B3 bekannt. Dann wird ein adaptives Positionierungsverfahren eines Stellglieds, insbesondere einer Drosselklappe einer Brennkraftmaschine beschrieben, welches die nachfolgenden Schritte aufweist:
    • a.) Vorgeben einer Sollposition durch einen Sollwert und Auswählen eines Vorsteuerwerts für das Stellglied zum Erreichen der Sollposition aus einem Kennfeld mit jeweils den Sollpositionen zugeordneten Vorsteuerwerten,
    • b.) Einstellen einer Vorsteuerposition des Stellgliedes entsprechend dem Vorsteuerwert und Vergleichen der Vorsteuerposition des Stellglieds mit der Sollposition,
    • c.) Regeln der Vorsteuerposition bis zum Erreichen der Sollposition, der ein adaptierter Steuerwert entspricht, und Messen des adaptierten Steuerwerts,
    • d.) Überschreiben des Vorsteuerwertes der Sollposition in dem Kennfeld mit dem der Sollposition entsprechenden adaptierten Steuerwert und Abspeichern des überschriebenen Vorsteuerwerts als neuer Vorsteuerwert in dem Kennfeld und
    • e.) Invertieren der Korrelation zwischen de Sollposition und dem Vorsteuerwert aus dem Kennfeld, so dass der neue Vorsteuerwert in Abhängigkeit von dem vorgegebenen Sollwert aufgetragen ist, und Anwenden der invertierten Korrelation auf die vorgegebene Sollposition.
  • Bei der Auslegung des Einschwingverhaltens bei derartigen Vorsteuerungen entsteht der Zielkonflikt zwischen Reduzierung des Überschwingens bzw. Unterschwingens und dem Erreichen der maximalen Dynamik unter Berücksichtigung der Stabilitätskriterien. Ein Überschwingen soll dabei möglichst minimiert oder ganz eliminiert werden, wobei die Zeit bis zum Erreichen des Sollwertes ebenfalls möglichst minimiert sein soll. Das Überschwingverhalten und die Zeit bis zum Erreichen des Sollwertes stellen dabei die Eigenschaften bzw. Kriterien zur Auslegung und Beurteilung des Einschwingverhaltens des Reglers dar. Aus dem oben zitierten Stand der Technik ist allerdings nicht ersichtlich, dass durch entsprechende Formung der Vorsteuerung eine Auslöschung von Schwingungen erzielt werden kann.
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine alternative Möglichkeit darzustellen, den Einregelvorgang von Regelsystemen zu vereinfachen und damit das Regelverhalten insbesondere hinsichtlich einer Vermeidung von Überschwingern zu verbessern.
  • Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens bereit zustellen.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die das Verfahren betreffende Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 bis 11 gelöst.
  • Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass während des Einschwingvorganges bis zum Erreichen eines Sollwertes eine Anregung mittels einer Vorsteuerung nach dem Prinzip der Tilgung, d. h. Auslöschen von Schwingungen, mit einer geformten Anregung in unterschiedlichen Phasen verwendet wird, wobei die Aufteilung der Phasen eigenschaftsabhängig und selbstständig an das Regelsystem anpasst und nach dem Einschwingvorgang und nach Erreichen des Sollwertes die Regelung mittels eines konventionellen Reglers fortgesetzt wird.
  • Die die Vorrichtung betreffende Aufgabe der Erfindung sieht zur Durchführung des Verfahrens vor, dass die Vorrichtung Bestandteil eines Steuergerätes ist, wobei die Steuergerätefunktion des Steuergerätes Verfahrensmerkmale gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens aufweist, wobei die Steuergerätefunktion software- oder hardwarebasiert im Steuergerät implementiert ist. Dabei ist vorgesehen, dass die Berechnung der Phasen im Rahmen der Steuergerätefunktion umgesetzt ist, wobei die Höhe und die Form sowie die Dauer der ersten Phase aus dem Signalverlauf der entsprechenden Steuergeräte-internen Größen berechnet werden.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der entsprechenden Vorrichtung kann eine Applikationsvereinfachung durch Reduzierung von Mess- und Parametrieraufwand erreicht werden. Durch sein adaptives Verhalten können Anpassungen an Systemtoleranzen und Alterungen von Komponenten des Regelsystems sowie betriebspunkt- oder betriebsartenabhängige Anpassungen selbstständig vorgenommen werden, was einer Erhöhung der Systemrobustheit und damit einer Qualitätssteigerung zuträglich ist.
  • Eine bevorzugte Verfahrensvariante sieht vor, dass die geformte Anregung in zwei zeitlich versetzte Phasen aufgeteilt wird, wobei in der ersten Phase für eine erste Sprunghöhe der Anteil an einer gesamten Sprunghöhe einer sprungförmigen Anregung derart gewählt wird, dass das Maximum einer Systemantwort gerade den stationären Sollwert erreicht und beim Wechsel von der ersten Phase zur zweiten Phase für die zweite Phase eine zweite Sprunghöhe gewählt wird, welcher der Differenz aus einer gesamten Sprunghöhe und der ersten Sprunghöhe entspricht. Dabei wird als Phasendauer Ts der ersten Phase eine Anregelzeit Ta bis zur Erreichung des Sollwertes oder eine Überschwingzeit Tm bis zur Erreichung des maximalen Überschwingers verwendet.
  • Die zugeführte Energie in Phase 1 erzeugt eine Schwingung im System. Die sprungförmige Anregung der zweiten Phase am Maximum, ein markanter Punkt nach dem Tilgungsprinzip, erzeugt eine Gegenschwingung zur Eigenschwingung des Systems. Nur mit einer zum richtigen Zeitpunkt und mit der notwendigen bzw. erforderlichen Energie erzeugten Gegenschwingung löschen sich die Schwingungen gegenseitig aus. Im Optimalfall gibt es keine Schwingungen mehr, die ein Regler ausregeln muss. Der Regler kommt bei dynamischen Änderungen im besten Fall nur zum Einsatz, um stationäre Abweichungen und Störgrößen auszuregeln. Damit kann eine optimale und zügige Einstellung des Zielwertes erreicht werden, ohne dass das Regelsystem zu Überschwingern neigt. Neben einer Verbesserung der Güte des Einschwingvorganges (d. h. schnelleres Anregeln, ohne Überschwinger) kann damit der Applikationsaufwand reduziert werden.
  • Die Adaption der Eigenschaften in der ersten Phase, d. h. der ersten Sprunghöhe und/oder der Phasendauer Ts der ersten Phase, kann dabei mittels eines Vergleichs eines Istwertes mit einer vorgebbaren Überschwinghöhe Δh, d. h. Δh = 0 oder Δh = maximal erlaubter Wert bzw. vorgegebener Sollwert, durchgeführt werden, wobei bei Überschreitung des Vorgabewertes für die Überschwinghöhe Δh die Anregung hinsichtlich der Höhe und/oder der Dauer, d. h. der Energie, reduziert und bei Unterschreitung des Vorgabewertes die Anregung hinsichtlich der Höhe und/oder der Dauer erhöht wird. Damit kann eine effiziente Adaptierung des Regelsystems erzielt werden.
  • Die Adaption der zweiten Sprunghöhe kann mittels einer Auswertung eines Istwertes des zeitlichen Gradienten Δy (Signaländerung innerhalb eines bestimmten Zeitintervalls) nach der Phasendauer Ts der ersten Phase durchgeführt werden, wobei bei einem Wert Δy > 0 die Anregung hinsichtlich der Höhe reduziert und bei einem Wert Δy < 0 die Anregung erhöht wird. Damit kann erreicht werden, dass nach der Anregung sehr schnell ein stationärer Zustand erreicht werden kann. Etwaige Überschüsse aus der Anregung des Systems können vermieden werden.
  • Hinsichtlich eines Regelverhaltens mit großer Dynamik kann auch vorgesehen sein, dass in der ersten Phase für die erste Sprunghöhe ein, die gesamte Sprunghöhe der sprungförmigen Anregung übersteigender Wert gewählt und gegenüber der ursprünglichen Phasendauer Ts der ersten Phase, welche der Anregelzeit Ta bis zur Erreichung des Sollwertes bzw. der Überschwingzeit Tm bis zur Erreichung des maximalen Überschwingers entspricht, vorzeitig auf einen niedrigeren Wert gewechselt wird. Um Überschwinger dieser sprungförmigen Anregung zu vermeiden, wird so lange dieser niedrigere Wert vorgesteuert, bis kein oder ein definierter Überschwinger entsteht. Die zweite Phase wird dann nach Erreichen des Maximums sprungförmig mit der stationär erforderlichen sprungförmigen Anregung zur Aufrechterhaltung des Sollwertes gestartet.
  • Bei dieser Verfahrensvariante kann weiterhin vorgesehen sein, dass ein Wert für die Verkürzung der Phasendauer durch Auswertung der Systemantwort bestimmt und adaptiv gelernt wird, wobei diese verringert wird, wenn die Überschwinghöhe Δh < 0 ist, und vergrößert wird, wenn die Überschwinghöhe Δh > 0 ist.
  • Werden die Parameter der Anregungen abhängig von einer Gewichtung zwischen Minimierung von Überschwingern und Maximierung der Dynamik des Regelsystems bestimmt, wie dies eine weitere vorteilhafte Verfahrensvariante vorsieht, kann individuell bestimmt werden, ob für die jeweilige Regelaufgabe eine möglichst kurze Anregelzeit Ta oder eine Vermeidung von Regelabweichungen gewünscht wird.
  • Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn zusätzlich der Einfluss von System-Totzeiten bei der Parametrisierung der Anregungen berücksichtigt wird, was die Qualität des Regelverhaltens verbessert.
  • Die Anregung kann in diskreten Sprüngen und/oder kontinuierlich durchgeführt werden. So ist beispielsweise eine sägezahnförmige Anregung mit einer sprungförmigen Anregung zu Beginn und einem kontinuierlichen Abfall danach möglich. Damit ist eine optimale Anpassung auf den entsprechenden Einsatzfall möglich. Es sei angemerkt, dass eine kontinuierliche Formung der Anregung auch quasi kontinuierlich, d. h. in kleinen, diskreten Schritten erfolgen kann. Weiterhin kann auch eine Formung der Anregung möglich sein, die sich als Superpositionierung mehrer voneinander unabhängiger Anregungen ergibt.
  • In einer Verfahrensvariante ist vorgesehen, dass die Adaption der ersten Phase mit einer kennfeldbasierten Vorsteuerung realisiert ist. Dabei werden die Vorsteuerwerte der Anregungen durch stationäre Messungen ermittelt und in vorgegebene Kennfelder abgelegt, wobei während der Adaption innerhalb der ersten Phase die optimale Aufteilung der abgelegten Vorsteuerwerte ggf. betriebspunktabhängig oder betriebsartenabhängig ermittelt wird.
  • In einer weiteren Verfahrensvariante ist eine Adaption der ersten und zweiten Phase als reine adaptive Vorsteuerung vorgesehen. Dabei werden die Vorsteuerwerte der Anregungen für die zweite Phase betriebspunktabhängig oder betriebsartenabhängig ermittelt.
  • Das Prinzip der Tilgung funktioniert optimal nur bei definierter Aufteilung der Anregung und bei Auslösung am Maximum, wie dies oben im den verschiedenen Varianten beschrieben wurde. Aber auch geringfügig vom Tilgungsprinzip abweichende Formungen führen zwar nicht mehr zur optimalen Schwingungstilgung, können aber dennoch zu noch guten bzw. gewünschten Ergebnissen führen. Es kann daher, beispielsweise hinsichtlich eines Kompromisses aus Ausregelzeit und Auftreten von Überschwingern, bei bestimmten Applikationen erforderlich sein, geringfügig von den oben beschriebenen optimalen Anregungsvarianten nach dem Tilgungsprinzip abzuweichen.
  • Eine bevorzugte Verwendung des Verfahrens mit seinen zuvor beschriebenen Verfahrensvarianten sieht den Einsatz innerhalb einer Motorsteuerung zur Steuerung und Regelung einer Brennkraftmaschine und/oder eines Abgasnachbehandlungssystems der Brennkraftmaschine vor, wodurch der kunden- oder projektspezifische Applikationsaufwand bei der Anpassung der Steuergerätesoftware gegenüber dem Stand der Technik, wie eingangs erwähnt, reduziert werden kann. Bevorzugte Anwendungen sind beispielsweise Ladedruckregelungen, Raildruckregler, Regelungen zur Abgasrückführung, Leerlaufregelungen etc.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 in einem Signalverlaufsdiagramm eine sprungförmige Anregung und die entsprechende Systemantwort,
  • 2 in einem zweiten Signalverlaufsdiagramm eine stufenförmig geformte Anregung mit der entsprechenden Systemantwort,
  • 3 in einem dritten Signalverlaufsdiagramm eine weitere geformte Anregung mit der entsprechenden Systemantwort,
  • 4 in einem vierten Signalverlaufsdiagramm eine alternativ geformte Anregung mit der entsprechenden Systemantwort,
  • 5 verschiedene Signalverlaufsdiagramme als Simulationsergebnisse mit selbstadaptierenden Sprungparametern und
  • 6 verschiedene Signalverlaufsdiagramme als Simulationsergebnisse mit einer gestuften Anregung.
  • 1 zeigt in einem Signalverlaufsdiagramm 1 in Abhängigkeit der Zeit 30 eine Anregung 10 in Form einer sprungförmigen Anregung 10.1 (oberes Diagramm) sowie eine Systemantwort 20 am Beispiel einer Regelstrecke mit einem PT2-Verhalten. Als PT2-Glied bezeichnet man ein Übertragungsglied in der Regelungstechnik, welches ein proportionales Übertragungsverhalten mit einer Verzögerung 2. Ordnung aufweist. Das Einschwingverhalten der Sprungantwort kann unter anderem mit den Parameter Überschwinghöhe 24 (Δh), der Zeit bis zur Erreichung des maximalen Überschwingers 26 (Maximum 23), der Überschwingzeit 22 (Tm) und der Zeit bis zum Erreichen des Sollwertes, der Anregelzeit 21 (Ta), beschrieben werden. Ein weiterer Parameter zur Charakterisierung der Systemantwort 20 kann zusätzlich der Gradient 25 (Δy), d. h. die zeitliche Ableitung der Signalhöhe, sein.
  • In 2 ist in einem weiteren Signalverlaufsdiagramm 1 eine Anregung 10 in Form einer geformten Anregung 10.2 gezeigt, welche im gezeigten Beispiel in zwei zeitlich versetzten Phasen 12.1, 12.2 aufgeteilt ist. In der ersten Phase 12.1 ist der Anteil bezüglich der gesamten sprunghaften Anregung 10.1 aus 1 derart gewählt, dass das Maximum 23 der Systemantwort 20 gerade den stationären Endwert (Sollwert) erreicht und die Höhe des Überschwingers, d. h. die Überschwinghöhe 24 Δh = 0 ist. Ebenso ist der Gradient 25 Δy = 0. Die Phasendauer 12 (Ts) der ersten Phase 12.1 entspricht der Zeit bis zum Erreichen des Maximums 23, der Überschwingzeit 22 (Tm), sowie der Anregelzeit 21 (Ta). Beim Wechsel von der ersten Phase 12.1 zur zweiten Phase 12.2 ist für eine zweite Sprunghöhe 11.2 ein Differenzwert zwischen dem Vorsteuerwert für den Sollwert und der ersten Sprunghöhe 11.1 der ersten sprungförmigen Anregung zu Beginn der ersten Phase 12.1 eingestellt. Der dynamische Vorgang der Vorsteuerung ist mit dieser 2-stufig geformten Anregung 10.2 abgeschlossen. Die Regelung für den stationären Teil nach dem Einschwingvorgang wird dann von einem konventionellen Regler (z. B. einem PI-Regler) durchgeführt.
  • Abhängig davon, ob man den Schwerpunkt auf die Minimierung des Überschwingers 26 oder auf die Maximierung der Dynamik der Systemantwort 20 legt, wird die erste Sprunghöhe 11.1 in der ersten Phase 12.1 gewählt. So kann durch Wahl einer größeren Sprunghöhe in der ersten Phase 12.1 die Anregelzeit 21 (Ta) zu Lasten eines höheren Überschwingers 26 (Überschwinghöhe 24 Δh > 0) verkürzt werden.
  • 3 zeigt eine alternative Reglervorsteuerung zur Vermeidung von Überschwingern 26. Im Signalverlaufsdiagramm 1 ist eine zweistufig geformte Anregung 10.2 dargestellt, bei der sich die Formung auf die erste Phase 12.1 bezieht. Der Vorsteuerwert ist hier sprunghaft auf einen, den für den stationären Zustand erforderlichen Vorsteuerwert erhöhten Wert eingestellt (erste Sprunghöhe 11.1), um eine maximale Dynamik zu erzielen. Um den Überschwinger 26 dieser sprunghaften Anregung zu vermeiden, ist die Zeitdauer dieser überhöhten Vorsteuerung verkürzt, wobei dann solange ein niedrigerer Vorsteuerwert eingangsseitig anliegt, bis kein oder ein definierter Überschwinger 26 entsteht. Die für die Reduktion des Systemeingangs benötigte Zeit kann über die Systemantwort 20 berechnet oder adaptiv gelernt werden. Dabei wird sie verringert, wenn die Überschwinghöhe 24 Δh < 0 und vergrößert, wenn die Überschwinghöhe 24 Δh > 0 ist. Die Auslösung der zweiten Phase 12.2 erfolgt, wie in 2 dargestellt, am Maximum 23 (Gradient 25 Δy = 0), wobei sprunghaft auf den für den stationären Zustand erforderlich Vorsteuerwert, d. h. den Wert, der benötigt wird, um das System auf dem Sollwert zu halten, eingestellt wird.
  • 4 zeigt als weitere Möglichkeit eine geformte Anregung 10.2, bei der die Anregung 10 in diskreten Sprüngen (sprungförmige Anregung 10.1) und/oder kontinuierlich (gestrichelte Linie) durchgeführt wird. Im gezeigten Beispiel wird nach dem Einstellen einer ersten Sprunghöhe 11.1 innerhalb der ersten Phase 12.1 der Vorsteuerwert linear reduziert, so dass bei der Systemantwort 20 ein Überschwinger 26 vermieden wird. Danach wird zu Beginn der zweiten Phase 12.2 sprunghaft mit einer zweiten Sprunghöhe 11.2 der Vorsteuerwert auf den zur Einstellung des stationären Zustandes erforderlichen Vorsteuerwert eingestellt.
  • 5 zeigt in verschiedene Signalverlaufsdiagrammen 1 Simulationsergebnisse mit selbstadaptierenden Sprungparametern. Das linke Teilbild (Bild 1) zeigt als Anregung 10 eine sprungförmige Anregung 10.1 sowie die entsprechende Systemantwort 20 bei einem typischen PT2-Regler mit den Überschwingern 26. Entsprechend dem Verfahrensansatz gemäß der Erfindung wird die auftretende Schwingung der Sprungantwort mittels einer gestuften Anregung getilgt. Dabei wird die gesamte Sprunghöhe 11 in zwei Teilsprünge mit der ersten Sprunghöhen 11.1 und der zweiten Sprunghöhe 11.2 aufgeteilt. Zuerst erfolgt eine Teilanregung in der ersten Phase 12.1 mit der ersten Sprunghöhe 11.1 gemäß Bild 2 in 5, zu der dann in der zweiten Phase 12.2 eine zweite Sprunghöhe 11.2 addiert wird (Bild 3 in 5). Die Aufteilung der Sprunghöhen 11.1, 11.2 und der zeitliche Versatz erfolgt derart, dass die Schwingung nahezu vollständig eliminiert ist (Bild 4 in 5). Resultierend aus der Addition der beiden Vorsteuersprünge erhält man die geformte Anregung 10.2.
  • In 6 ist diese Überlagerung zweier zeitlich versetzter sprungförmiger Anregungen mit den verschiedenen Sprunghöhen 11.1, 11.2 als Abbildung oben links gezeigt. Resultierend erhält man die geformte Anregung 10.2, welche auch in der Abbildung oben rechts dargestellt ist. Zum Vergleich ist ebenfalls die sprungförmige Anregung 10.1, welche in einem Schritt durchgeführt wird, gezeigt. Die Systemantwort auf die erste Anregung 20.1 und die Systemantwort auf die zweite Anregung 20.2 ist in 6 in der Abbildung unten links gezeigt. Man erkennt, dass durch Überlagerung der beiden Systemantworten 20.1, 20.2 die Schwingungen derart phasenverschoben sind, dass die Maxima der Ausschläge kompensiert werden. Die daraus resultierende Systemantwort 20.3 ist in der Abbildung unten rechts dargestellt. Zum Vergleich ist ebenfalls die Systemantwort 20 bei der sprungförmige Anregung 10.1 in einem Schritt dargestellt.
  • Grundsätzlich kann die geformte Anregung 10.2 als Überlagerung von verschiedenen Teilanregungen zusammengesetzt sein. Als Systemantwort 20 ergibt sich eine Überlagerung von entsprechend den Teilanregungen resultierenden Systemantworten 20.1, 20.2, wobei entsprechend der Aufgabe der Erfindung Überschwinger 26 vermieden werden. Die Teilanregungen können dabei einzeln oder gemeinsam angepasst werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102008030480 A1 [0005]
    • DE 102006008051 B3 [0006]

Claims (13)

  1. Verfahren zur Optimierung eines Einregelvorganges bei einem Regelsystem, welches mit einer adaptiv geformten Vorsteuerung kombiniert sein kann, dadurch gekennzeichnet, dass während des Einschwingvorganges bis zum Erreichen eines Sollwertes eine Anregung (10) mittels einer Vorsteuerung nach dem Prinzip der Tilgung mit einer geformten Anregung (10.2) in unterschiedlichen Phasen (12.1, 12.2) verwendet wird, wobei die Aufteilung der Phasen (12.1, 12.2) eigenschaftsabhängig und selbstständig an das Regelsystem angepasst und nach dem Einschwingvorgang und nach Erreichen des Sollwertes die Regelung mittels eines konventionellen Reglers fortgesetzt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die geformte Anregung (10.2) in zwei zeitlich versetzte Phasen (12.1, 12.2) aufgeteilt wird, wobei in der ersten Phase (12.1) für eine erste Sprunghöhe (11.1) der Anteil an einer gesamten Sprunghöhe (11) einer sprungförmigen Anregung (10.1) derart gewählt wird, dass das Maximum (23) einer Systemantwort (20) gerade den stationären Sollwert erreicht und beim Wechsel von der ersten Phase (12.1) zur zweiten Phase (12.2) für die zweite Phase (12.2) eine zweite Sprunghöhe (11.2) gewählt wird, welcher der Differenz aus einer gesamten Sprunghöhe (11) und der ersten Sprunghöhe (11.1) entspricht, wobei als Phasendauer (12) Ts der ersten Phase (12.1) eine Anregelzeit (21) Ta bis zur Erreichung des Sollwertes oder eine Überschwingzeit (22) Tm bis zur Erreichung des maximalen Überschwingers (26) verwendet wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Adaption der ersten Sprunghöhe (11.1) und/oder der Phasendauer (12) Ts der ersten Phase (12.1) mittels eines Vergleichs eines Istwertes mit einer vorgebbaren Überschwinghöhe (24) Δh durchgeführt wird, wobei bei Überschreitung des Vorgabewertes für die Überschwinghöhe (24) Δh die Anregung (10) hinsichtlich der Höhe und/oder der Dauer reduziert und bei Unterschreitung des Vorgabewertes die Anregung (10) hinsichtlich der Höhe und/oder der Dauer erhöht wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Adaption der zweiten Sprunghöhe (11.2) mittels einer Auswertung eines Istwertes des zeitlichen Gradienten (25) Δy nach der Phasendauer (12) Ts der ersten Phase (12.1) durchgeführt wird, wobei bei einem Wert Δy > 0 die Anregung (10) hinsichtlich der Höhe reduziert und bei einem Wert Δy < 0 die Anregung (10) erhöht wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Phase (12.1) für die erste Sprunghöhe (11.1) ein, die gesamte Sprunghöhe (11) der sprungförmigen Anregung (10.1) übersteigender Wert gewählt und gegenüber der ursprünglichen Phasendauer (12) Ts der ersten Phase (12.1), welche der Anregelzeit (21) Ta bis zur Erreichung des Sollwertes bzw. der Überschwingzeit (22) Tm bis zur Erreichung des maximalen Überschwingers (26) entspricht, vorzeitig auf einen niedrigeren Wert gewechselt wird, wobei so lange dieser niedrigere Wert vorgesteuert wird, bis kein oder ein definierter Überschwinger (26) entsteht, und die zweite Phase (12.2) nach Erreichen des Maximums (23) sprungförmig mit der stationär erforderlichen sprungförmigen Anregung (10.1) zur Aufrechterhaltung des Sollwertes gestartet wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wert für die Verkürzung der Phasendauer (12) durch Auswertung der Systemantwort (20) bestimmt und adaptiv gelernt wird, wobei diese verringert wird, wenn die Überschwinghöhe (24) Δh < 0 ist, und vergrößert wird, wenn die Überschwinghöhe (24) Δh > 0 ist.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Parameter der Anregungen (10, 10.1, 10.2) abhängig von einer Gewichtung zwischen Minimierung von Überschwingern (26) und Maximierung der Dynamik des Regelsystems bestimmt werden.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich der Einfluss von System-Totzeiten bei der Parametrisierung der Anregungen (10, 10.1, 10.2) berücksichtigt werden.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Anregung (10, 10.1, 10.2) in diskreten Sprüngen und/oder kontinuierlich durchgeführt wird.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsteuerwerte der Anregungen (10, 10.1, 10.2) durch stationäre Messungen ermittelt und in vorgegebene Kennfelder abgelegt werden, wobei während der Adaption innerhalb der ersten Phase (12.1) die optimale Aufteilung der abgelegten Vorsteuerwerte betriebspunktabhängig oder betriebsartenabhängig ermittelt wird.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsteuerwerte der Anregungen (10, 10.1, 10.2) für die zweite Phase (12.2) betriebspunktabhängig oder betriebsartenabhängig ermittelt werden.
  12. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11 innerhalb einer Motorsteuerung zur Steuerung und Regelung einer Brennkraftmaschine und/oder eines Abgasnachbehandlungssystems der Brennkraftmaschine.
  13. Vorrichtung zur Optimierung eines Einregelvorganges eines Regelsystems, welches mit einer adaptiv geformten Vorsteuerung kombiniert sein kann, wobei die Vorrichtung Bestandteil eines Steuergerätes ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuergerätefunktion des Steuergerätes Verfahrensmerkmale gemäß den Ansprüchen 1 bis 10 aufweist, wobei die Steuergerätefunktion software- oder hardware-basiert im Steuergerät implementiert ist.
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