DE102011083000A1

DE102011083000A1 - Reglervorrichtung und Verfahren zur Begrenzungsregelung von Führungsgrößen einer Reglervorrichtung

Info

Publication number: DE102011083000A1
Application number: DE102011083000A
Authority: DE
Inventors: Patrick Koenig; Thomas Schneider
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2011-09-20
Filing date: 2011-09-20
Publication date: 2013-03-21

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Reglervorrichtung, mit einem ersten Regelglied, welches dazu ausgelegt ist, eine erste Regelabweichung eines ersten Sollwerts für einen ersten Betriebsparameter einer Regelstrecke von dem ersten Betriebsparameter der Regelstrecke zu erfassen, in Abhängigkeit von der ersten Regelabweichung eine Stellgröße für den ersten Betriebsparameter zu erzeugen und die Stellgröße in die Regelstrecke einzuspeisen, einem ersten Subtrahierglied, welches mit einem Eingang des ersten Regelglieds gekoppelt ist, und welches dazu ausgelegt ist, die erste Regelabweichung als Differenz des ersten Sollwerts zu dem ersten Betriebsparameter zu ermitteln und in das erste Regelglied einzuspeisen, und einer ersten Rückkoppelschleife, welche dazu ausgelegt ist, den ersten Betriebsparameter an einem Ausgang der Regelstrecke zu erfassen und als Regelgröße an einen ersten Eingang des ersten Subtrahierglieds zurückzuführen. Die Regelvorrichtung weist eine Begrenzungsregeleinrichtung auf, welche mit einem zweiten Eingang des ersten Subtrahierglieds gekoppelt ist, dazu ausgelegt ist, den ersten Sollwert in den zweiten Eingang des ersten Subtrahierglieds einzuspeisen, und welche aufweist: mindestens einen ersten Begrenzungsregler, welcher einen Maximalwert des ersten Sollwerts in Abhängigkeit von einem Wert mindestens eines zweiten Betriebsparameters der Regelstrecke regelt, und mindestens einen zweiten Begrenzungsregler, welcher einen Minimalwert des ersten Sollwerts in Abhängigkeit von einem Wert mindestens eines zweiten Betriebsparameters der Regelstrecke regelt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Reglervorrichtung, ein Verfahren zur Begrenzungsregelung von Führungsgrößen einer Reglervorrichtungen sowie Systeme mit Reglervorrichtungen, insbesondere zur Regelung von Gleichspannungswandlern oder elektrischen Antriebssystemen.
Stand der Technik
In elektrisch betriebenen Fahrzeugen, beispielsweise Hybrid-, Elektro- und Brennstoffzellenfahrzeugen werden Gleichspannungswandler im Traktionsbordnetz eingesetzt, um einen Stromfluss zwischen zwei verschiedenen Spannungsniveaus zu ermöglichen oder um ein gegebenes Spannungsniveau einer Energiequelle an ein gewünschtes Spannungsniveau anzupassen. Weiterhin werden elektrische Antriebssysteme unterschiedlicher Leistungsklassen eingesetzt, um beispielsweise das Fahrzeug oder andere elektrische Verbraucher wie Klimakompressoren, elektrische Lenkung oder elektrische Luftverdichter für Brennstoffzellenfahrzeuge anzutreiben.
Sowohl für Gleichspannungswandler als auch für die elektrischen Antriebe ist eine Regelung notwendig, die die jeweiligen Komponenten hinsichtlich ihrer Leistungsaufnahme oder Leistungsabgabe regelt. Gleichspannungswandler können dabei beispielsweise in Stromregelung betrieben werden, elektrische Antriebe in Momentenregelung, welche einer Stromregelung entspricht.
Außer den zu regelnden Betriebsparametern von Gleichspannungswandlern und/oder elektrischen Antrieben müssen dabei jedoch weitere Betriebsparameter berücksichtigt werden, die sich aus Sicherheitsgründen oder zur Sicherstellung der Funktionalität des geregelten Systems innerhalb vordefinierter Grenzen bewegen müssen. Die weiteren Betriebsparameter sind dabei teilweise von den geregelten Komponenten und externen Einflüssen abhängig. Erreicht einer der Betriebsparameter einen Grenzwert, kann es vorkommen, dass der Sollwert, auf den der Gleichspannungswandler und/oder der elektrische Antrieb geregelt wird, nur unter erschwerten Bedingungen eingeregelt werden kann, da bei einer schnellen Einregelung der Betriebsparameter den Grenzwert überschreiten würde. Es ist daher wünschenswert, einen Regelmechanismus zu schaffen, welcher eine schnelle Regelung einer Regelstrecke auf einen Betriebsparameter ermöglicht, wobei gleichzeitig Grenzwerte anderer Betriebsparameter eingehalten werden können.
Die Druckschrift DE 199 33 039 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Regelsignals für einen Gleichspannungswandler, welcher in Spannungs- und/oder Stromregelung betrieben werden kann. Zwischen einem Spannungsregler und einem Stromregler ist dabei ein Begrenzungsregler angeordnet, welcher den Stromsollwert auf ein Grenzwertsignal begrenzt.
Offenbarung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung schafft gemäß einem Aspekt eine Reglervorrichtung, mit einem ersten Regelglied, welches dazu ausgelegt ist, eine erste Regelabweichung eines ersten Sollwerts für einen ersten Betriebsparameter einer Regelstrecke von dem ersten Betriebsparameter der Regelstrecke zu erfassen, in Abhängigkeit von der ersten Regelabweichung eine Stellgröße für den ersten Betriebsparameter zu erzeugen und die Stellgröße in die Regelstrecke einzuspeisen, einem ersten Subtrahierglied, welches mit einem Eingang des ersten Regelglieds gekoppelt ist, und welches dazu ausgelegt ist, die erste Regelabweichung als Differenz des ersten Sollwerts zu dem ersten Betriebsparameter zu ermitteln und in das erste Regelglied einzuspeisen, und einer ersten Rückkoppelschleife, welche dazu ausgelegt ist, den ersten Betriebsparameter an einem Ausgang der Regelstrecke zu erfassen und als Regelgröße an einen ersten Eingang des ersten Subtrahierglieds zurückzuführen. Die Regelvorrichtung weist eine Begrenzungsregeleinrichtung auf, welche mit einem zweiten Eingang des ersten Subtrahierglieds gekoppelt ist, dazu ausgelegt ist, den ersten Sollwert in den zweiten Eingang des ersten Subtrahierglieds einzuspeisen, und welche aufweist: mindestens einen ersten Begrenzungsregler, welcher einen Maximalwert des ersten Sollwerts in Abhängigkeit von einem Wert mindestens eines zweiten Betriebsparameters der Regelstrecke regelt, und mindestens einen zweiten Begrenzungsregler, welcher einen Minimalwert des ersten Sollwerts in Abhängigkeit von einem Wert mindestens eines zweiten Betriebsparameters der Regelstrecke regelt.
Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die vorliegende Erfindung ein elektrisches Antriebssystem für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug, mit einem Fahrantrieb, welcher mit einem Hochspannungsnetz des Fahrzeugs gekoppelt ist, einer Traktionsbatterie, welche über das Hochspannungsnetz mit dem Fahrantrieb gekoppelt ist, einer Brennstoffzelle, welche über das Hochspannungsnetz mit dem Fahrantrieb gekoppelt ist, einem Gleichspannungswandler, welcher zwischen dem Hochspannungsnetz und der Traktionsbatterie oder der Brennstoffzelle gekoppelt ist, und einer erfindungsgemäßen Reglervorrichtung, welche mit dem Gleichspannungswandler gekoppelt ist, und welche dazu ausgelegt ist, einen Drosselstrom durch die Wandlerdrossel des Gleichspannungswandlers zu regeln.
Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Begrenzungsregelung von Führungsgrößen einer Reglervorrichtung, mit den Schritten des Ermittelns einer Regelabweichung eines Sollwerts für einen ersten Betriebsparameter einer Regelstrecke von dem ersten Betriebsparameter der Regelstrecke, des Erzeugens, in Abhängigkeit von der Regelabweichung, einer Stellgröße für den ersten Betriebsparameter, des Einspeisens der Stellgröße in die Regelstrecke, des Erfassens des Werts mindestens eines zweiten Betriebsparameters der Regelstrecke, des Regelns eines Maximalwerts des Sollwerts in Abhängigkeit von dem Wert des zweiten Betriebsparameters, und des Regelns eines Minimalwerts des Sollwerts in Abhängigkeit von dem Wert des zweiten Betriebsparameters.
Vorteile der Erfindung
Eine Idee der vorliegenden Erfindung ist es, eine Regelstrecke, welche verschiedene Betriebsparameter mit verschiedenen zulässigen Maximal- und Minimalwerten aufweist derart zu regeln, dass der Sollwert eines ersten Betriebsparameters, auf den ein Regelglied regelt, im Falle der Limitüberschreitung eines zweiten Betriebsparameters begrenzt wird. Dabei werden der Maximal- und/oder Minimalwert des Sollwerts dynamisch geregelt, um die Limitüberschreitung zu beseitigen.
Ein Vorteil der Erfindung ist es, dass keine direkte Einwirkung der Begrenzungsregler auf den Sollwert erfolgt, sondern nur indirekt eine dynamische Regelung der Unter- und/oder Obergrenze für den Sollwert vorgegeben wird. Dadurch ist ein stabileres Regelverhalten gewährleistet und Störeffekte können vermieden werden.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass der Sollwert stets so begrenzt werden kann, dass alle anderen Betriebsparameter sich in ihren vorgegebenen Grenzen bewegen können. Auch bei mehreren Limitüberschreitungen kann die Reglervorrichtung dafür sorgen, dass automatisch auf das kritischste Limit geregelt wird. Dies wird durch eine Vielzahl von Begrenzungsreglern gewährleistet, die jeweils unterschiedliche Betriebsparameter der Regelstrecke überwachen. Die Begrenzungsregler können dabei vorteilhafterweise in Struktur und Regelparametrierung unabhängig voneinander eingestellt werden. Dadurch erhöht sich die Regelgüte des Gesamtsystems.
Schließlich besteht ein wesentlicher Vorteil darin, dass keine abrupte Änderung des Sollwerts erfolgt, sondern der Sollwert durch Begrenzung der Unter- und/oder Obergrenze gewissermaßen stetig geführt wird. Das Regelsystem ist dadurch wesentlich weniger anfällig gegenüber unerwünschten Oszillationen.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Reglervorrichtung ein zweites Regelglied, welches mit einem Eingang der Begrenzungsregeleinrichtung gekoppelt ist, und welches dazu ausgelegt ist, eine zweite Regelabweichung eines zweiten Sollwerts für einen dritten Betriebsparameter der Regelstrecke von dem dritten Betriebsparameter der Regelstrecke zu erfassen, in Abhängigkeit von der zweiten Regelabweichung den ersten Sollwert für den ersten Betriebsparameter zu erzeugen und den ersten Sollwert in die Begrenzungsregeleinrichtung einzuspeisen, ein zweites Subtrahierglied, welches mit einem Eingang des zweiten Regelglieds gekoppelt ist, und welches dazu ausgelegt ist, die zweite Regelabweichung als Differenz des zweiten Sollwerts zu dem dritten Betriebsparameter zu ermitteln und in das zweite Regelglied einzuspeisen, und eine zweite Rückkoppelschleife umfassen, welche dazu ausgelegt ist, den dritten Betriebsparameter an einem Ausgang der Regelstrecke zu erfassen und als Regelgröße an einen ersten Eingang des zweiten Subtrahierglieds zurückzuführen. Mit dieser Konfiguration ist eine kaskadierte Regelung zweier Regelglieder möglich. Dies bietet einerseits den Vorteil, dass der Dynamikbereich des zweiten Regelglieds geringer gewählt werden kann, da eine Nachregelung durch das erste Regelglied erfolgen kann. Zum anderen sind vorteilhafterweise verschiedene Regelmodi der Regelstrecke möglich, die sich durch die kaskadierte Topologie rasch wechseln lassen.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Begrenzungsregeleinrichtung weiterhin eine Limiterfassungseinrichtung aufweisen, welche mit dem mindestens einen ersten Begrenzungsregler und dem mindestens einen zweiten Begrenzungsregler gekoppelt ist, und welche dazu ausgelegt ist, bei einem Überschreiten eines oberen Limitwerts oder einem Unterschreiten eines unteren Limitwerts des mindestens einen zweiten Betriebsparameters den mindestens einen ersten Begrenzungsregler oder den mindestens einen zweiten Begrenzungsregler zu aktivieren. Dadurch bietet sich der Vorteil, dass die Begrenzungsregelung nur dann aktiv ist, wenn eine Unter- oder Überschreitung von Betriebsparametern der Regelstrecke droht.
Gemäß einer Ausführungsform können die ersten und zweiten Begrenzungsregler PI-Regler umfassen, bei welchen die Integration auf die Stellgrößengrenzen begrenzt ist. Dadurch kann sichergestellt werden, dass stets genügend Regelspielraum zur Begrenzung des Sollwerts vorhanden ist, auch wenn eine länger anhaltende Limitüber- oder -unterschreitung des zweiten Betriebsparameters vorliegt.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Regelstrecke einen drehmomentengeregelten Fahrantrieb eines Elektrofahrzeugs und das erste Regelglied einen Momentenregler umfassen, wobei der erste Betriebsparameter ein Drehmoment an der Motorwelle des Fahrantriebs umfasst, und wobei der zweite Betriebsparameter die Drehzahl des Fahrantriebs, die Momentanleistung des Fahrantriebs, den Zwischenkreisstrom und/oder die Zwischenkreisspannung umfasst. Dies bietet den Vorteil, dass ein dynamisches Verbrauchermanagement durch eine Berücksichtigung aller Energiequellen, Energiespeicher und Verbraucher in einem Antriebssystem eines Elektrofahrzeugs gewährleistet bleibt. Dadurch kann das Bordnetz des Elektrofahrzeugs stets stabil gehalten werden, ohne eine Überdimensionierung elektrischer Komponenten des Antriebssystems zum Ausgleich kritischer Lastsituationen vornehmen zu müssen.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Regelstrecke einen Gleichspannungswandler und das erste Regelglied einen Stromregler umfassen, wobei der erste Betriebsparameter einen Drosselstrom durch die Wandlerdrossel des Gleichspannungswandlers umfasst, und wobei der zweite Betriebsparameter eine Ausgangsspannung, eine Eingangsspannung, einen Ausgangsstrom und/oder einen Eingangsstrom des Gleichspannungswandlers umfasst. Dabei kann die Begrenzungsregeleinrichtung dazu ausgelegt sein, den Drosselstrom durch die Wandlerdrossel des Gleichspannungswandlers zu begrenzen. Mit der Reglervorrichtung können damit Grenzwerte peripherer Komponenten eines elektrischen Spannungsnetzes eingehalten werden, obwohl die Stellgröße des Gleichspannungswandlers nur indirekt auf die elektrischen Größen der peripheren Komponenten wirkt.
Weitere Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Systems mit einer Reglervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
2 eine schematische Darstellung eines Systems mit einer Reglervorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
3 eine schematische Darstellung eines Begrenzungsreglers einer Reglervorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
4 eine schematische Darstellung eines Begrenzungsreglers einer Reglervorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
5 eine schematische Darstellung eines Gleichspannungswandlers mit einer Reglervorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
6 eine schematische Darstellung eines elektrischen Antriebssystems mit einer Reglervorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
7 eine schematische Darstellung eines elektrischen Antriebssystems mit einer Reglervorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
8 eine schematische Darstellung eines elektrischen Antriebssystems mit einer Reglervorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
9 eine schematische Darstellung eines Umrichters für ein elektrisches Antriebssystem mit einer Reglervorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung; und
10 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur Begrenzungsregelung von Führungsgrößen einer Reglervorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Systems mit einer Reglervorrichtung 100. Die Reglervorrichtung 100 umfasst ein erstes Regelglied 16, welches dazu ausgelegt ist, eine erste Regelabweichung e_S eines ersten Sollwerts w_S für einen ersten Betriebsparameter y_S einer Regelstrecke 17 von dem ersten Betriebsparameter y_S der Regelstrecke 17 zu erfassen, in Abhängigkeit von der ersten Regelabweichung e_S eine Stellgröße u_S für den ersten Betriebsparameter y_S zu erzeugen und die Stellgröße u_S in die Regelstrecke 17 einzuspeisen. Das erste Regelglied 16 ist mit einem ersten Subtrahierglied 15 gekoppelt, welches dazu ausgelegt ist, die erste Regelabweichung e_S als Differenz des ersten Sollwerts w_S zu dem ersten Betriebsparameter y_S zu ermitteln und in das erste Regelglied 16 einzuspeisen. Eine erste Rückkoppelschleife 18 ist dazu ausgelegt, den ersten Betriebsparameter y_S an einem Ausgang der Regelstrecke 17 zu erfassen und als Regelgröße an das erste Subtrahierglied 15 zurückzuführen.
Die Reglervorrichtung 100 weist eine Begrenzungsregeleinrichtung 11 auf, welche mit dem ersten Subtrahierglied 15 gekoppelt ist, und welche dazu ausgelegt ist, den ersten Sollwert w_S in das erste Subtrahierglied 15 einzuspeisen. Die Begrenzungsregeleinrichtung 11 weist dabei eine Vielzahl von ersten Begrenzungsreglern 12a, 12b, ..., 12n auf. Die ersten Begrenzungsregler 12a, 12b, ..., 12n werden jeweils mit einem einer Vielzahl von Betriebsparametern X1, X2, ... Xn der Regelstrecke 17 gespeist. Weiterhin werden die ersten Begrenzungsregler 12a, 12b, ..., 12n jeweils mit einem oberen Limitwert X1_max, X2_max, ... Xn_max der Vielzahl von Betriebsparametern X1, X2, ... Xn der Regelstrecke 17 gespeist. Weiterhin weist die Begrenzungsregeleinrichtung 11 eine Vielzahl von zweiten Begrenzungsreglern 13a, 13b, ..., 13n auf, die ebenfalls jeweils mit einem einer Vielzahl von Betriebsparametern X1, X2, ... Xn der Regelstrecke 17 gespeist werden. Dabei ist jedem der zweiten Begrenzungsregler 13a, 13b, ..., 13n jeweils einer der Vielzahl von ersten Begrenzungsreglern 12a, 12b, ..., 12n zugeordnet, welche jeweils mit dem gleichen der Vielzahl von Betriebsparametern X1, X2, ... Xn gespeist werden. Weiterhin werden die zweiten Begrenzungsregler 13a, 13b, ..., 13n jeweils mit einem unteren Limitwert X1_min, X2_min, ... Xn_min der Vielzahl von Betriebsparametern X1, X2, ... Xn der Regelstrecke 17 gespeist.
Die Limitwerte X1_max, X2_max, ... Xn_max bzw. X1_min, X2_min, ... Xn_min sind dabei Vorgaben für die Grenzwerte, innerhalb derer sich der jeweilige Betriebsparameter X1, X2, ... Xn der Regelstrecke 17 bewegen darf. Die ersten und zweiten Begrenzungsregler 12a, 12b, ..., 12n bzw. 13a, 13b, ..., 13n sind dabei jeweils dazu ausgelegt, in Abhängigkeit von dem Wert der jeweils zugeordneten Betriebsparameter X1, X2, ... Xn die Grenzwerte einer zugeordneten Begrenzereinrichtung 14a, 14b, ..., 14n dynamisch einzustellen. Beispielsweise stellt der erste Begrenzungsregler 12a den oberen Grenzwert der Begrenzereinrichtung 14a in Abhängigkeit von dem Wert des Betriebsparameters X1 derart ein, dass der Sollwert w_S, welcher in die Begrenzereinrichtung 14a eingespeist wird, den eingestellten oberen Grenzwert nicht überschreiten kann. In gleicher Weise ist der zweite Begrenzungsregler 13a dazu ausgelegt, den unteren Grenzwert der Begrenzereinrichtung 14a in Abhängigkeit von dem Wert des Betriebsparameters X1 derart einzustellen, dass der Sollwert w_S den eingestellten unteren Grenzwert nicht unterschreiten kann. Auf diese Weise kann in der Begrenzereinrichtung 14a der Maximal- bzw. der Minimalwert des Sollwerts w_S festgelegt werden.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines Systems mit einer Reglervorrichtung 200. Die Reglervorrichtung 200 in 2 weist dabei ähnliche Komponenten wie die Reglervorrichtung 100 in 1 auf. Insbesondere weist die Reglervorrichtung 200 eine Begrenzungsregeleinrichtung 11 ein erstes Subtrahierglied 15, ein erstes Regelglied 16, eine Regelstrecke 17 und eine erste Rückkoppelschleife 18 auf, wie jeweils im Zusammenhang mit 1 beschrieben. Zusätzlich weist die Reglervorrichtung 200 ein zweites Subtrahierglied 25 auf, welches mit einem Eingang eines zweiten Regelglieds 21 gekoppelt ist, und welches dazu ausgelegt ist, eine zweite Regelabweichung als Differenz eines zweiten Sollwerts v_S zu einem dritten Betriebsparameter z_S der Regelstrecke 17 zu ermitteln und in das zweite Regelglied 21 einzuspeisen. Das zweite Regelglied 21 ist mit einem Eingang der Begrenzungsregeleinrichtung 11 gekoppelt. Dabei kann zwischen der Begrenzungsregeleinrichtung 11 und dem zweiten Regelglied 21 eine Schalteinrichtung 22, beispielsweise ein Multiplexer 22 gekoppelt sein, welcher als Eingangssignale eine durch das zweite Regelglied 21 erzeugte Stellgröße und einen Sollwert x_S empfängt. Der Sollwert x_S kann beispielsweise dem Sollwert w_S in 1 entsprechen.
Die Schalteinrichtung 22 kann über eine Steuereinrichtung 23 zum Durchschalten eines der beiden Eingangssignale an den Eingang der Begrenzungsregeleinrichtung 11 angesteuert werden. Beispielsweise kann die Steuereinrichtung 23 dazu ausgelegt sein, einen Regelbetriebsmodus einzustellen, so dass entweder die Regelung des Sollwerts w_S durch das zweite Regelglied 21 vorgenommen oder der Sollwert x_S durch den Multiplexer 22 durchgestellt wird. Das zweite Regelglied 21 kann dabei dazu ausgelegt sein, eine zweite Regelabweichung des zweiten Sollwerts v_S für einen dritten Betriebsparameter, beispielsweise den durch die Regelstrecke 17 ausgegebenen Betriebsparameter z_S, von dem dritten Betriebsparameter z_S der Regelstrecke 17 zu erfassen, und in Abhängigkeit von der zweiten Regelabweichung den ersten Sollwert w_S für den ersten Betriebsparameter y_S zu erzeugen.
Die Reglervorrichtung 200 kann eine zweite Rückkoppelschleife 28 aufweisen, welche dazu ausgelegt ist, den dritten Betriebsparameter z_S an einem Ausgang der Regelstrecke 17 zu erfassen und als Regelgröße an das zweite Subtrahierglied 25 zurückzuführen.
3 zeigt eine schematische Darstellung einer Begrenzungsregeleinrichtung 11 einer Reglervorrichtung, insbesondere der Reglervorrichtungen 100 und 200 der 1 und 2. Die Begrenzungsregeleinrichtung 11 weist eine Vielzahl von Begrenzungsstufen 24a, 24b, ..., 24n auf, welche in kaskadierter Form hintereinander gekoppelt sind. Dabei wird ein Eingangssignal der Reglervorrichtung 11, beispielsweise der Sollwert w_S jeweils durch die Begrenzungseinrichtung 14a, 14b, ..., 14n geleitet, welche jeweils einer Begrenzungsstufe 24a, 24b, ..., 24n zugeordnet sind. Auf diese Weise kann für eine Vielzahl von Betriebsparametern X1, X2, ..., Xn jeweils eine Begrenzungsregelung des Maximal- bzw. Minimalwerts des Sollwerts w_S vorgenommen werden. Die jeweiligen Begrenzungsregler 12a, 12b, ..., 12n bzw. 13a, 13b, ..., 13n können jeweils unabhängig voneinander und mit verschiedenen Einstellungen, beispielsweise bezüglich Regelempfindlichkeit, Regelgeschwindigkeit usw. ausgestaltet werden. Durch die kaskadierte Verschaltung der Begrenzungsstufen kann gewährleistet werden, dass auch bei mehreren Limitüberschreitungen mehrerer verschiedener Betriebsparametern stets auf das "härteste" Limit, das heißt, das für die Funktionalität der Regelstrecke 17 kritischste Limit geregelt werden kann. Die Reihenfolge der Begrenzungsstufen 24a, 24b, ..., 24n kann dabei prinzipiell auch vertauscht werden. Weiterhin ist die Anzahl der Begrenzungsstufen 24a, 24b, ..., 24n nur beispielhaft mit drei dargestellt, jede andere Anzahl an Begrenzungsstufen mit zugehörigen Begrenzungsreglern und Begrenzungseinrichtung ist ebenfalls möglich.
Weiterhin ist es möglich, selektiv bestimmte Begrenzungsstufen 24a, 24b, ..., 24n zu deaktivieren, je nachdem, in welchem Regelmodus sich die Reglervorrichtung befindet. Beispielsweise kann eine Begrenzungsstufe als zu überwachenden Betriebsparameter den dritten Betriebsparameter z_S der Regelstrecke 17 empfangen. Bei einer Regelung der Regelvorrichtung 200 in 2 durch das zweite Regelglied 21 kann diese Begrenzungsstufe dann deaktiviert werden.
Beispielhaft ist für die Begrenzungsstufe 24n in 3 eine Limiterfassungseinrichtung 26 gezeigt, welche mit dem ersten Begrenzungsregler 12n und dem zweiten Begrenzungsregler 13n gekoppelt ist, und welche dazu ausgelegt ist, bei einem Überschreiten eines oberen Limitwerts Xn_max oder einem Unterschreiten eines unteren Limitwerts Xn_min des Betriebsparameters Xn den ersten Begrenzungsregler 12n oder den zweiten Begrenzungsregler 13n zu aktivieren. Wenn kein Limit verletzt wird, können die Begrenzungsregler 12n und 13n deaktiviert bleiben, das heißt, dass beispielsweise die Integralanteile der Begrenzungsregler 12n und 13n ständig auf Null zurückgesetzt werden. Erst wenn durch die Limiterfassungseinrichtung 26 eine Limitverletzung erfasst wird, werden die Begrenzungsregler 12n und 13n über die Aktivierungsleitungen 27a bzw. 27b aktiviert. Der jeweilige Begrenzungsregler 12n bzw. 13n kann nun selektiv auf die jeweilige Ober- bzw. Untergrenze der Begrenzungseinrichtung 14n einwirken, wodurch der Maximal- bzw. Minimalwert des Sollwerts w_S dynamisch geregelt werden kann.
Die Limiterfassungseinrichtung 26 ist in 3 aus Gründen der Übersichtlichkeit nur für die Begrenzungsregler 12n bzw. 13n gezeigt, jedoch ist es ebenso möglich, auch die übrigen Begrenzungsregler 12a, 12b bzw. 13a, 13b mit der Limiterfassungseinrichtung 26 zu koppeln und über diese anzusteuern.
Alle Begrenzungsregler 12a, 12b, ..., 12n bzw. 13a, 13b, ..., 13n können jeweils als stellgrößenbeschränkte PI-Regler mit einer Anti-Windup-Funktionalität ausgestaltet werden, das heißt, als PI-Regler, bei welchen die Integration auf die Stellgrößengrenzen begrenzt ist. Die Begrenzungsregler 12a, 12b, ..., 12n bzw. 13a, 13b, ..., 13n können jeweils paarweise identisch ausgelegt werden.
4 zeigt eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausgestaltungsform einer Begrenzungsregeleinrichtung 11 einer Reglervorrichtung, insbesondere der Reglervorrichtungen 100 und 200 der 1 und 2. Ein Wert des Betriebsparameters Xk sowie entsprechende obere und untere Limitwerte Xk_max und Xk_min können zunächst durch einen Signalbegrenzer 31 begrenzt werden. Bei Vorliegen einer Limitverletzung des Betriebsparameters Xk wird durch das Subtrahierglied 31a ein von Null verschiedenes Steuersignal 26a ausgegeben, welches von der Limiterfassungseinrichtung 26 erfasst wird, welche daraufhin die Begrenzungsregler 12 und 13 aktivieren kann. Dies kann beispielsweise über Aktivierungs- bzw. Rücksetzsignale R erfolgen, welche an Aktivierungseingänge 12q bzw. 13q der Begrenzungsregler 12 und 13 ausgegeben werden können. Die jeweiligen oberen und unteren Limitwerte Xk_max und Xk_min können mithilfe von Subtrahiergliedern 32 und 33 von dem jeweiligen Wert des Betriebsparameters Xk subtrahiert werden, um den Wert der Limitüberschreitung zu ermitteln. Dieser Wert kann als Regelabweichung in die jeweiligen Begrenzungsregler 12 bzw. 13 eingespeist werden. Zusätzlich können absolute Limitwerte H_max und H_min vorgegeben werden, das heißt, Hardwarelimitwerte, welche der Betriebsparameter Xk in keinen Fall über- bzw. unterschreiten darf. Diese absoluten Limitwerte H_max und H_min können unveränderlich sein. Dagegen sind die oberen und unteren Limitwerte Xk_max und Xk_min variabel einstellbar und stellen gewissermaßen "weiche" Limitwerte dar, die zumindest temporär durch den Betriebsparameter Xk überschritten werden dürfen. Die Limitwerte Xk_max und Xk_min können dabei flexibel verändert werden und an das zu regelnde System angepasst werden.
Die Begrenzungsregler 12 und 13 geben in Abhängigkeit von ihrer Aktivierung und der empfangenen Regelabweichung des Betriebsparameters Xk von den oberen und unteren Limitwerten Xk_max und Xk_min Stellgrößen für die Maximal- bzw. Minimalwertbegrenzung des Sollwerts w_S aus. Diese Stellgrößen können in den Addiergliedern 34 bzw. 35 zu dem Sollwert w_S addiert werden. In den Vergleichereinrichtungen 37 kann jeweils ein Vergleich mit den absoluten Limitwerte H_max und H_min durchgeführt werden, so dass die Maximal- bzw. Minimalwerte für die Begrenzereinrichtung 14 die Hardwarelimitwerte nicht verletzen können. Die Begrenzereinrichtung 14 kann dann einen entsprechend begrenzten Sollwert f_S als Führungsgröße für ein nachfolgendes Regelglied ausgeben. Die Maximal- bzw. Minimalwerte für die Begrenzereinrichtung 14 sowie der begrenzte Sollwert f_S können über Erfassungsleitungen 26b, 26c bzw. 26d an die Limiterfassungseinrichtung 26 abgegeben werden, so dass das Vorliegen von Limitverletzungen erkannt werden kann.
5 zeigt eine schematische Darstellung eines Gleichspannungswandlers 17 mit einer Reglervorrichtung 300. Die Reglervorrichtung 300 entspricht der Reglervorrichtung 200 in 2 wobei die Regelstrecke 17 einen Gleichspannungswandler 17 und das erste Regelglied 16 einen Stromregler umfasst, wobei der erste Betriebsparameter y_S einen Drosselstrom J_L durch die Wandlerdrossel des Gleichspannungswandlers 17 umfasst, und wobei der zweite Betriebsparameter z_S eine Ausgangsspannung U_o, eine Eingangsspannung, einen Ausgangsstrom und/oder einen Eingangsstrom des Gleichspannungswandlers umfasst. An dem Gleichspannungswandler 17 gibt es unter anderem elektrische Größen, welche an den Schnittstellen wirksam werden: den Eingangsstrom, den Ausgangsstrom, die Eingangsspannung und die Ausgangsspannung. Der Gleichspannungswandler 17 wird beispielsweise auf den Drosselstrom J_L durch die Wandlerdrossel geregelt. Alternativ ist es auch möglich, dass der Gleichspannungswandler 17 auf einen anderen Betriebsparameter, wie beispielsweise die Ausgangsspannung oder die Eingangsspannung, geregelt werden kann.
In der beispielhaften Ausführung von 5 ist das erste Regelglied 16 ein Stromregler und das zweite Regelglied 21 ein Spannungsregler. Der Gleichspannungswandler 17 kann je nach Auswahlsignal der Steuervorrichtung 23 an den Multiplexer 22 im Spannungsregelbetrieb oder im Stromregelbetrieb betrieben werden. Um bei dem Gleichspannungswandler 17 sicherzustellen, dass alle anderen Betriebsparameter wie beispielsweise die Ausgangsspannung U_o sich stets in vorgebbaren Grenzen bewegen, beispielsweise um angeschlossene Energiequellen oder Verbraucher dynamisch zu schützen, kann die Begrenzungsregeleinrichtung 11 eine Begrenzung des Sollwerts J_S für den Drosselstrom J_L durch die Wandlerdrossel in Abhängigkeit von beispielsweise der Ausgangsspannung U_o des Gleichspannungswandlers 17 vornehmen. Die Begrenzungsregelung kann dadurch möglich werden, dass die Betriebsparameter des Gleichspannungswandlers 17 direkt oder indirekt von dem Drosselstrom J_L durch die Wandlerdrossel abhängen.
Die Wirkungsweise der Begrenzungsregelung durch die Begrenzungsregeleinrichtung 11 kann beispielhaft an verschiedenen Beispielfällen verdeutlicht werden.
Beispielsweise kann die Ausgangsspannung U_o des Gleichspannungswandlers 17 einbrechen, wenn der Ausgangsstrom I_o zu gering ist. In diesem Fall tritt eine Limitverletzung des unteren Limitwerts für die Ausgangsspannung U_o des Gleichspannungswandlers 17 auf, und der zweite Begrenzungsregler für die Ausgangsspannung U_o wird aktiviert. Der zweite Begrenzungsregler regelt daraufhin den Minimalwert des Drosselstroms J_L nach oben, das heißt, der Minimalwert für den Drosselstrom J_L wird erhöht. Dadurch wird der Drosselstrom J_L durch den Minimalwert nach unten hin begrenzt und in Folge die Ausgangsspannung U_o wieder stabilisiert.
Es kann beispielsweise auch möglich sein, dass die Eingangsspannung U_I des Gleichspannungswandlers 17 ansteigt, weil der Eingangsstrom I_I zu gering ist, zum Beispiel im Rekuperationsfall. In diesem Fall tritt eine Limitverletzung des oberen Limitwerts für die Eingangsspannung U_I des Gleichspannungswandlers 17 auf, und der zweite Begrenzungsregler für die Eingangsspannung U_I wird aktiviert. Der zweite Begrenzungsregler regelt daraufhin den Minimalwert des Drosselstroms J_L nach oben, das heißt, der Minimalwert für den Drosselstrom J_L wird erhöht. Dadurch wird der Drosselstrom J_L durch den Minimalwert nach unten hin begrenzt und in Folge die Eingangsspannung U_I wieder stabilisiert.
Für alle Begrenzungsregler, außer dem für die Eingangsspannung, gilt, dass der Begrenzungsregler für die obere Soll-Drosselstromgrenze bei einer Limitüberschreitung immer eine negative Regelabweichung erhalten muss, da er die obere Grenze nach unten regeln muss. Das umgekehrte ist für den Begrenzungsregler für die untere Soll-Drosselstromgrenze der Fall. Er muss im Falle einer Limitunterschreitung die untere Grenze nach oben verschieben, womit er eine positive Regelabweichung im Falle der Limitüberschreitung erhalten muss. Beim Begrenzungsregler für die Eingangsspannung gilt dagegen, dass bei einer Limitüberschreitung der untere Begrenzungsregler die untere Grenze nach oben regeln muss und bei einer Limitunterschreitung der obere Begrenzungsregler die obere Grenze nach unten regeln muss.
6 zeigt eine schematische Darstellung eines elektrischen Antriebssystems 400 mit einer Reglervorrichtung 46 als beispielhafte Einsatzmöglichkeit für eine Regelvorrichtung 300 aus 5 bzw. eine Regelvorrichtung 100 oder 200 aus 1 oder 2. Das elektrische Antriebssystem 400 kann beispielsweise das Antriebssystem eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs sein. Das Antriebssystem 400 umfasst einen Fahrantrieb 45, welcher einen Antriebsstrom J_A aufweist, einen weiteren elektrischen Verbraucher 44, welcher einen Laststrom J_R aufweist, eine Traktionsbatterie 43, welche einen Batteriestrom J_B liefert, sowie eine Brennstoffzelle 41, welche einen Brennstoffzellenstrom J_F liefert. Die Brennstoffzelle 41 ist beispielsweise über einen Gleichspannungswandler 42 an das Hochspannungsnetz angebunden, an das die Traktionsbatterie 43 direkt angeschlossen sein kann. Der Gleichspannungswandler 42 kann in diesem Fall dazu ausgelegt sein, ein Spannungsniveau U_I der Brennstoffzelle 41 an das Spannungsniveau U_o der Traktionsbatterie 43 bzw. des Hochspannungsnetzes anzupassen.
Der Gleichspannungswandler 42 kann dabei durch eine Reglervorrichtung 46 geregelt werden. Die Reglervorrichtung 46 kann dazu beispielsweise den Drosselstrom durch eine Wandlerdrossel des Gleichspannungswandlers 42 regeln, wobei eine erste Gruppe von Begrenzungsreglern der Reglervorrichtung 46 die Maximal- bzw. Minimalwerte des Drosselstroms in Abhängigkeit von den übrigen Betriebsparametern wie Eingangsspannung U_I, Ausgangsspannung U_o, Eingangsstrom J_I oder Ausgangsstrom J_o regelt.
Es kann darüber hinaus möglich sein, eine zweite Gruppe von Begrenzungsreglern der Reglervorrichtung 46 vorzusehen, welche die Maximal- bzw. Minimalwerte des Drosselstroms in Abhängigkeit von sogenannten peripheren Betriebsparametern des Gleichspannungswandlers 42 regeln, das heißt Betriebsparameter, die nicht direkt den Betrieb des Gleichspannungswandlers 42 beeinflussen. Periphere Betriebsparameter können beispielsweise den Ausgangsstrom J_B der Traktionsbatterie 43, den Eingangsstrom J_A des elektrischen Fahrantriebs 45 oder den Eingangsstrom J_R des Verbrauchers 44 umfassen. Diese Betriebsparameter sind für den Betrieb des Gleichspannungswandlers 42 nicht direkt maßgeblich, können aber durch die zweite Gruppe von Begrenzungsreglern der Reglervorrichtung 46 in das Grenzwertmanagement des Gesamtsystems 400 miteinbezogen werden. Dadurch ist es vorteilhafterweise möglich, durch die Begrenzungsregelung der Reglervorrichtung 46 auch nicht direkt an den Gleichspannungswandler 42 angeschlossene Komponenten des Systems vor Schädigungen zu schützen. Durch die Einhaltung vordefinierter Grenzwerte ist es daher möglich, diese Komponenten, wie beispielsweise die Traktionsbatterie 43, vollständig zu nutzen, ohne dass eine Überdimensionierung aus Sicherheitsgründen vorgenommen werden müsste.
Die 7 und 8 zeigen schematische Darstellungen von elektrischen Antriebssystemen 500 und 600, welche ähnlich dem elektrischen Antriebssystem 400 aufgebaut sind. Dabei kann ein weiterer Gleichspannungswandler 52 mit zugehöriger Reglervorrichtung 56 eingesetzt werden, welcher zwischen die Traktionsbatterie 43 und das Hochspannungsnetz gekoppelt ist. Der Gleichspannungswandler 52 kann dabei entsprechende Betriebsparameter wie Eingangsstrom K_I, Ausgangsstrom K_o, Eingangsspannung V_I, und Ausgangsspannung V_o aufweisen.
9 zeigt eine schematische Darstellung eines elektrischen Antriebs 17 mit einer Reglervorrichtung 700. Die Reglervorrichtung 700 entspricht der Reglervorrichtung 200 in 2 wobei die Regelstrecke 17 einen elektrischen Antrieb 17 mit Umrichter und das erste Regelglied 16 ein Momentenregler umfasst, wobei der erste Betriebsparameter y_S ein Drehmoment T_o des elektrischen Antriebs 17 umfasst, und wobei der zweite Betriebsparameter z_S eine Drehzahl n_o, eine elektrische Leistung P, einen Zwischenkreisstrom und/oder eine Zwischenkreisspannung des elektrischen Antriebs umfasst.
In der beispielhaften Ausführung von 9 ist das erste Regelglied 16 ein Momentenregler und das zweite Regelglied 21 ein Drehzahlregler. Der elektrische Antrieb 17 kann je nach Auswahlsignal der Steuervorrichtung 23 an den Multiplexer 22 im Momentenregelbetrieb oder im Drehzahlregelbetrieb betrieben werden. Um bei dem elektrischen Antrieb 17 sicherzustellen, dass alle anderen Betriebsparameter wie beispielsweise die Drehzahl n_o sich stets in vorgebbaren Grenzen bewegen, beispielsweise um das Bordnetz dynamisch zu schützen, kann die Begrenzungsregeleinrichtung 11 eine Begrenzung des Sollwerts T_S für das Drehmoment T_o in Abhängigkeit von beispielsweise der Drehzahl n_o vornehmen.
Die Wirkungsweise der Begrenzungsregelung durch die Begrenzungsregeleinrichtung 11 kann beispielhaft an verschiedenen Beispielfällen verdeutlicht werden.
Beispielsweise kann die elektrische Leistung P des elektrischen Antriebs 17 zu gering sein. In diesem Fall tritt eine Limitverletzung des unteren Limitwerts für das Drehmoment T_o des elektrischen Antriebs 17 auf, und der zweite Begrenzungsregler für die elektrische Leistung P wird aktiviert. Der zweite Begrenzungsregler regelt daraufhin den Minimalwert des Drehmoments T_o nach oben, das heißt, der Minimalwert für das Drehmoment T_o wird erhöht. Dadurch wird die Rekuperation verringert und die elektrische Leistung P wieder stabilisiert.
Allgemein, außer für die Spannung, gilt, dass der jeweilige Begrenzungsregler für den Maximalwert des Drehmoments T_o bei einer Limitüberschreitung eines anderen Betriebsparameters stets eine negative Regelabweichung erhalten muss, um den Maximalwert nach unten regeln zu können. Gleichermaßen muss der jeweilige Begrenzungsregler für den Minimalwert des Drehmoments T_o bei einer Limitüberschreitung eines anderen Betriebsparameters stets eine positive Regelabweichung erhalten, um den Minimalwert nach oben regeln zu können. Bei der Spannung ist dies gerade umgekehrt: Der obere Regler regelt die Spannungsminimalgrenze, während der untere Regler die Spannungsmaximalgrenze regelt.
10 zeigt eine schematische Darstellung eines Verfahrens 800 zur Begrenzungsregelung von Führungsgrößen einer Reglervorrichtung, mit den Schritten des Ermittelns 81 einer Regelabweichung eines Sollwerts für einen ersten Betriebsparameter einer Regelstrecke von dem ersten Betriebsparameter der Regelstrecke, des Erzeugens 82, in Abhängigkeit von der Regelabweichung, einer Stellgröße für den ersten Betriebsparameter, des Einspeisens 83 der Stellgröße in die Regelstrecke, des Erfassens 84 eines Werts mindestens eines zweiten Betriebsparameters der Regelstrecke, des Regelns 85a eines Maximalwerts des Sollwerts in Abhängigkeit von dem Wert des zweiten Betriebsparameters, und des Regelns 85b eines Minimalwerts des Sollwerts in Abhängigkeit von dem Wert des zweiten Betriebsparameters. Das Verfahren 800 kann insbesondere mit einer der im Zusammenhang mit 1 bis 9 beschriebenen Reglervorrichtungen durchgeführt 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 19933039 A1 [0005]

Claims

Reglervorrichtung (100; 200; 300; 700), mit: einem ersten Regelglied (16), welches dazu ausgelegt ist, eine erste Regelabweichung (e_S) eines ersten Sollwerts (w_S) für einen ersten Betriebsparameter (y_S) einer Regelstrecke (17) von dem ersten Betriebsparameter (y_S) der Regelstrecke zu erfassen, in Abhängigkeit von der ersten Regelabweichung (e_S) eine Stellgröße (u_S) für den ersten Betriebsparameter (y_S) zu erzeugen und die Stellgröße (u_S) in die Regelstrecke (17) einzuspeisen; einem ersten Subtrahierglied (15), welches mit einem Eingang des ersten Regelglieds (16) gekoppelt ist, und welches dazu ausgelegt ist, die erste Regelabweichung (e_S) als Differenz des ersten Sollwerts (w_S) zu dem ersten Betriebsparameter (y_S) zu ermitteln und in das erste Regelglied (16) einzuspeisen; einer ersten Rückkoppelschleife (18), welche dazu ausgelegt ist, den ersten Betriebsparameter (y_S) an einem Ausgang der Regelstrecke (17) zu erfassen und als Regelgröße an einen ersten Eingang des ersten Subtrahierglieds (15) zurückzuführen; und einer Begrenzungsregeleinrichtung (11), welche mit einem zweiten Eingang des ersten Subtrahierglieds (15) gekoppelt ist, dazu ausgelegt ist, den ersten Sollwert (w_S) in den zweiten Eingang des ersten Subtrahierglieds (15) einzuspeisen, und welche aufweist: mindestens einen ersten Begrenzungsregler (12a; 12b; ...; 12n), welcher einen Maximalwert des ersten Sollwerts (w_S) in Abhängigkeit von einem Wert (Xk) mindestens eines zweiten Betriebsparameters der Regelstrecke (17) regelt; und mindestens einen zweiten Begrenzungsregler (13a; 13b; ...; 13n), welcher einen Minimalwert des ersten Sollwerts (w_S) in Abhängigkeit von einem Wert (Xk) mindestens eines zweiten Betriebsparameters der Regelstrecke (17) regelt.
Reglervorrichtung (100; 200; 300; 700) nach Anspruch 1, weiterhin mit: einem zweiten Regelglied (21), welches mit einem Eingang der Begrenzungsregeleinrichtung (11) gekoppelt ist, und welches dazu ausgelegt ist, eine zweite Regelabweichung eines zweiten Sollwerts (v_S) für einen dritten Betriebsparameter (z_S) der Regelstrecke (17) von dem dritten Betriebsparameter (z_S) der Regelstrecke (17) zu erfassen, in Abhängigkeit von der zweiten Regelabweichung den ersten Sollwert (w_S) für den ersten Betriebsparameter (y_S) zu erzeugen und den ersten Sollwert (w_S) in die Begrenzungsregeleinrichtung (11) einzuspeisen; einem zweiten Subtrahierglied (25), welches mit einem Eingang des zweiten Regelglieds (21) gekoppelt ist, und welches dazu ausgelegt ist, die zweite Regelabweichung als Differenz des zweiten Sollwerts (v_S) zu dem dritten Betriebsparameter (z_S) zu ermitteln und in das zweite Regelglied (21) einzuspeisen; einer zweiten Rückkoppelschleife (28), welche dazu ausgelegt ist, den dritten Betriebsparameter (z_S) an einem Ausgang der Regelstrecke (17) zu erfassen und als Regelgröße an einen ersten Eingang des zweiten Subtrahierglieds (25) zurückzuführen.
Reglervorrichtung (100; 200; 300; 700) nach einem der Ansprüche 1 und 2, wobei die Begrenzungsregeleinrichtung (11) weiterhin aufweist: eine Limiterfassungseinrichtung (26), welche mit dem mindestens einen ersten Begrenzungsregler (12a; 12b; ...; 12n) und dem mindestens einen zweiten Begrenzungsregler (13a; 13b; ...; 13n) gekoppelt ist, und welche dazu ausgelegt ist, bei einem Überschreiten eines oberen Limitwerts (Xn_max) oder einem Unterschreiten eines unteren Limitwerts (Xn_min) des mindestens einen zweiten Betriebsparameters (Xn) den mindestens einen ersten Begrenzungsregler (12a; 12b; ...; 12n) oder den mindestens einen zweiten Begrenzungsregler (13a; 13b; ...; 13n) zu aktivieren.
Reglervorrichtung (100; 200; 300; 700) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die ersten und zweiten Begrenzungsregler (12a; 12b; ...; 12n; 13a; 13b; ...; 13n) PI-Regler umfassen, bei welchen die Integration auf die Stellgrößengrenzen begrenzt ist.
Reglervorrichtung (700) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Regelstrecke (17) einen drehmomentengeregelten Fahrantrieb eines Elektrofahrzeugs und das erste Regelglied (16) einen Momentenregler umfasst, wobei der erste Betriebsparameter (y_S) ein Drehmoment (T_o) an der Motorwelle des Fahrantriebs umfasst, und wobei der zweite Betriebsparameter (z_S) die Drehzahl (n_o) des Fahrantriebs, die Momentanleistung des Fahrantriebs, den Zwischenkreisstrom und/oder die Zwischenkreisspannung umfasst.
Reglervorrichtung (300) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Regelstrecke (17) einen Gleichspannungswandler und das erste Regelglied (16) einen Stromregler umfasst, wobei der erste Betriebsparameter (y_S) einen Drosselstrom (J_L) durch die Wandlerdrossel des Gleichspannungswandlers umfasst, und wobei der zweite Betriebsparameter (z_S) eine Ausgangsspannung (U_o), eine Eingangsspannung, einen Ausgangsstrom und/oder einen Eingangsstrom des Gleichspannungswandlers umfasst.
Elektrisches Antriebssystem (400; 500; 600) für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug, mit: einem Fahrantrieb (45), welcher mit einem Hochspannungsnetz des Fahrzeugs gekoppelt ist; einer Traktionsbatterie (43), welche über das Hochspannungsnetz mit dem Fahrantrieb (45) gekoppelt ist; einer Brennstoffzelle (41), welche über das Hochspannungsnetz mit dem Fahrantrieb (45) gekoppelt ist; einem Gleichspannungswandler (42; 52), welcher zwischen dem Hochspannungsnetz und der Traktionsbatterie (43) oder der Brennstoffzelle (41) gekoppelt ist; und einer Reglervorrichtung (46; 56) nach Anspruch 6, welche mit dem Gleichspannungswandler (42; 52) gekoppelt ist, und welche dazu ausgelegt ist, einen Drosselstrom (J_L) durch die Wandlerdrossel des Gleichspannungswandlers (42; 52) zu regeln.
Elektrisches Antriebssystem (400; 500; 600) nach Anspruch 7, wobei die Begrenzungsregeleinrichtung (11) der Reglervorrichtung (46; 56) aufweist: mindestens einen dritten Begrenzungsregler, welcher einen Maximalwert des ersten Sollwerts (y_S) in Abhängigkeit von einem Wert mindestens eines Betriebsparameters der Brennstoffzelle, der Traktionsbatterie oder des Fahrantriebs regelt; und mindestens einen vierten Begrenzungsregler, welcher einen Minimalwert des ersten Sollwerts (y_S) in Abhängigkeit von einem Wert mindestens eines Betriebsparameters der Brennstoffzelle, der Traktionsbatterie oder des Fahrantriebs regelt.
Verfahren (800) zur Begrenzungsregelung von Führungsgrößen einer Reglervorrichtung (100; 200; 300; 700), mit den Schritten: Ermitteln (81) einer Regelabweichung (e_S) eines Sollwerts (w_S) für einen ersten Betriebsparameter (y_S) einer Regelstrecke (17) von dem ersten Betriebsparameter (y_S) der Regelstrecke (17); Erzeugen (82), in Abhängigkeit von der Regelabweichung (e_S), einer Stellgröße (u_S) für den ersten Betriebsparameter (y_S); Einspeisen (83) der Stellgröße (u_S) in die Regelstrecke (17); Erfassen (84) eines Werts (Xk) mindestens eines zweiten Betriebsparameters der Regelstrecke (17); Regeln (85a) eines Maximalwerts des Sollwerts (w_S) in Abhängigkeit von dem Wert (Xk) des zweiten Betriebsparameters; und Regeln (85b) eines Minimalwerts des Sollwerts (w_S) in Abhängigkeit von dem Wert (Xk) des zweiten Betriebsparameters.