DE102013200538A1

DE102013200538A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Regelung einer Systemgröße

Info

Publication number: DE102013200538A1
Application number: DE201310200538
Authority: DE
Inventors: Thomas Kirstaetter
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2013-01-16
Filing date: 2013-01-16
Publication date: 2014-07-17
Also published as: KR20140092773A; KR102100836B1; FR3001057A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung einer Systemgröße eines Regelsystems, wobei das Regelsystem in zumindest einem ersten Betriebszustand und einem zweiten Betriebszustand bei verschiedenen Werten der Systemgröße betrieben wird, wobei die Systemgröße als Istwert mit einem Sensor erfasst wird, dessen Dynamik konstant bleibt oder sich in nicht vorhersagbarer Weise verändert, wobei aus dem Istwert und einem Sollwert der Systemgröße eine Regelabweichung bestimmt und einem Regler des Regelsystems zugeführt wird und wobei der Regler in Abhängigkeit von der Regelabweichung eine Stellgröße ausgibt. Dabei ist es vorgesehen, dass die Stellgröße bei einem Wechsel des Betriebszustands für einen vorgegebenen Zeitraum stärker begrenzt wird als nach Ablauf dieses Zeitraums. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Das Verfahren und die Vorrichtung vermeiden ein Überschwingen eines Regelkreises bei einem zumindest zeitweise verlangsamten Sensor.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung einer Systemgröße eines Regelsystems, wobei das Regelsystem in zumindest einem ersten Betriebszustand und einem zweiten Betriebszustand bei verschiedenen Werten der Systemgröße betrieben wird, wobei die Systemgröße als Istwert mit einem Sensor erfasst wird, dessen Dynamik konstant bleibt oder sich in nicht vorhersagbarer Weise verändert, wobei aus dem Istwert und einem Sollwert der Systemgröße eine Regelabweichung bestimmt und einem Regler des Regelsystems zugeführt wird und wobei der Regler in Abhängigkeit von der Regelabweichung eine Stellgröße ausgibt.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Regelung einer Systemgröße eines Regelsystems, wobei das Regelsystem zumindest einen ersten Betriebszustand und einen zweiten Betriebszustand mit verschiedenen Werten der Systemgröße aufweist und wobei das Regelsystem einen Sensor zur Bestimmung eines Istwerts der Systemgröße und einen Regler zur Ausgabe einer Stellgröße (34) aufweist.
Bei Brennkraftmaschinen, insbesondere bei Dieselmotoren für Kraftfahrzeuge, werden zum Zweck der Minderung der Stickoxidemissionen NO_x-Speicher-Katalysatoren (NSC) eingesetzt. Diese Katalysatoren speichern Stickoxide, während der Motor mit Luftüberschuss (mager) betrieben wird. Um die Speicherfähigkeit des NO_x-Speicher-Katalysators zu erhalten, muss das eingelagerte Stickoxid von Zeit zu Zeit entfernt werden. Zur Durchführung einer solchen Regeneration des NO_x-Speicher-Katalysators ist es bekannt, eine reduzierende Abgasatmosphäre einzustellen, bei der das eingelagerte Stickoxid in Stickstoff umgesetzt wird. Dazu wird die Brennkraftmaschine fett, also mit einem unterstöchiometrischen Luft-/Kraftstoffverhältnis mit einem Lambda < 1, betrieben.
Dieselmotoren sind üblicherweise für einen dauerhaften Magerbetrieb ausgelegt. Zur Regeneration eines vorgesehenen NO_x-Speicher-Katalysators sind daher spezielle Regenerationsphasen vorgesehen, in denen der Dieselmotor fett betrieben wird. Die Regelung des Lambdas während der Regenerationsphasen erfolgt über einen Lambdaregelkreis. Dabei stellt das Lambda vor dem NO_x-Speicher-Katalysator die Regelgröße dar. Das Ausgangssignal einer vor dem NO_x-Speicher-Katalysator angeordneten Lambdasonde wird als Istwert einem zumeist in einem Motorsteuergerät integrierten Lambdaregler zugeführt.
An Stelle von Lambda können zur Durchführung der Regeneration eines NO_x-Speicher-Katalysators auch andere, für die Regeneration oder den Verlauf der Regeneration charakteristische Abgaskomponenten oder Abgaskenngrößen mit entsprechenden Abgassensoren gemessen und mit geeigneten Regelkreisen geregelt werden.
Der als Messglied vorgesehene Abgassensor, beispielsweise eine in einem Lambdaregelkreis verwendete Lambdasonde, kann durch Rußpartikel, welche in dem Abgas mitgeführt werden, verschmutzen. Dadurch wird die Antwortzeit des Abgassensors verlängert. Ist der Abgassensor über ein bestimmtes Maß hinweg verlangsamt, führt dies zu einer starken Unterschreitung des gewünschten Lambdawertes beim Einschalten der Lambdaregelung zu Beginn der Regeneration. Der Regler, welcher für eine höhere Signaldynamik des Abgassensors ausgelegt ist, versucht, den Sollwert durch Erhöhen der Stellgröße einzuregeln. Die Ursache für die Regelabweichung liegt jedoch in der verzögerten Reaktion des Abgassensors. Der Regler übersteuert und führt dazu, dass das tatsächlich vorliegende Lambda des Abgases den Sollwert deutlich unterschreitet. Dies kann zu einer erheblichen Verschlechterung der Abgasemissionen bis hin zum Aussetzen einzelner Zylinder führen.
Die Verschmutzung des Abgassensors durch Rußpartikel ist nicht zwangsläufig dauerhaft. Sie kann durch mechanische Einflüsse, beispielsweise durch Vibrationen, oder durch thermische Einflüsse reduziert oder ganz entfernt werden.
Um ein Übersteuern des Reglers zu vermeiden ist es bekannt, die in den Regler eingehende Regelabweichung mittels einer Rampenfunktion zu Beginn der Regeneration von null auf einen vorgegebenen Wert kontinuierlich zu steigern.
Es ist weiterhin bekannt, den Sollwert der Regelung zu Beginn der Regeneration mit dem Istwert zu initialisieren und dann mittels geeigneter Filterung oder Rampung auf den eigentlichen Sollwert zu führen.
Weiterhin werden verschiedene Formen der Begrenzung, beispielsweise der Regelabweichung, eingesetzt.
Verfügt der Regler über einen Integrator ist es bekannt, in Abhängigkeit von der Regelabweichung die Verstärkung des Integrators zu verringern.
Nachteilig bei den beschriebenen Maßnahmen zur Vermeidung des Unterschwingens des Regelkreises ist, dass sie auch dann einen Einfluss auf das Einschaltverhalten der Regelung und das Verhalten danach haben, wenn keine Verrußung des Abgassensors vorliegt.
Die Dauer einer Regeneration eines NO_x-Speicher-Katalysators als ein einzustellender Betriebszustand liegt im Bereich von wenigen Sekunden. Daher können Verfahren, welche entweder die Regelabweichung oder den Sollwert mittels einer Rampe auf den Zielwert führen, nur eingeschränkt genutzt werden, da sonst das Erreichen des gewünschten Sollwerts zu lange dauern würde. Mit den Verfahren kann daher das Unterschreiten des Sollwerts zu Beginn der Regeneration nicht ausreichend verhindert werden.
Eine Modifikation der Integratorverstärkung abhängig von der Regelabweichung hat den Nachteil, dass bei jeder Überschreitung der definierten Regelabweichungsschwellen eine Verlangsamung der Regelung erfolgt, was das Wiedereinregeln auf den Sollwert verzögert. Weiterhin ist das Verfahren auf Regler beschränkt, deren integrales Verhalten durch einen gesonderten und separat bedatbaren Integrator dargestellt wird. Es ist also ungeeignet, wenn das integrale Verhalten erst im Zusammenwirken mit anderen Übetragungsgliedern des Regelsystems entsteht.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, welches bei einem verlangsamten Sensor zur Bestimmung eines Istwertes ein Überschwingen eines Regelkreises verhindert. Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, eine entsprechende Vorrichtung bereitzustellen.
Offenbarung der Erfindung
Die das Verfahren betreffende Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass die Stellgröße bei einem Wechsel des Betriebszustands für einen vorgegebenen Zeitraum stärker begrenzt wird als nach Ablauf dieses Zeitraums. Bei einem Wechsel des Betriebszustands, beispielsweise zum Start der Regelung zu einer Regeneration eines NO_x-Speicher-Katalysators mit einem Lambdasensor zur Bestimmung des Abgaslambdas als Systemgröße, führt ein Sensor mit verringerter Dynamik zu einem Übersteuern des Regelkreises mit einer starken Abweichung des Istwerts von dem vorgegebenen Sollwert. Durch die Begrenzung der Stellgröße kann dieses Übersteuern vermieden werden. Da die stärkere Begrenzung der Stellgröße nur für einen vorgegebenen Zeitraum nach einem Wechsel des Betriebszustands erfolgt und anschließend wieder der volle Bereich oder eine weniger stark begrenzter Bereich der Stellgröße bereitsteht, bleibt für die nachfolgende Regelung genügend Stellgröße und Bandbreite zur Verfügung, um auch Regelsysteme, in denen hohe Störungen vorherrschen, auf den gewünschten Sollwert einzuregeln. Das Verfahren lässt sich insbesondere dann vorteilhaft anwenden, wenn der zur Messung des Istwerts eingesetzte Sensor über seine Lebenszeit zumindest zeitweise eine veränderliche, nicht prognostizierbare Dynamikverschlechterung aufweisen kann. Es ist auch für Reglerstrukturen geeignet, die kein Übertragungsglied in Form eines separaten Integrators enthalten.
Bevorzugt kann es vorgesehen sein, dass der vorgegebene Zeitraum für die stärkere Begrenzung der Stellgröße in Abhängigkeit von der Dauer eines charakteristischen Überschwingens des Regelsystems vorgegeben wird. Dadurch wird eine initiale Überreaktion des Regelsystems vermieden, ohne die Möglichkeit einer stationären Fehlerkorrektur dauerhaft einzuschränken.
Weiterhin kann es vorgesehen sein, dass der vorgegebene Zeitraum für die stärkere Begrenzung der Stellgröße in Abhängigkeit von der Dauer des jeweiligen Betriebszustands vorgegeben wird. Dazu kann beispielsweise die Zeit, für welche der Regler nach einem Wechsel des Betriebszustands aktiv ist, gemessen und nach dem vorgegebenen Zeitraum die Stellgrößenbeschränkung aufgehoben werden.
In Abhängigkeit von der Anwendung des Verfahrens kann es vorgesehen sein, dass die Systemgröße in dem ersten Betriebszustand gesteuert wird und in dem zweiten Betriebszustand geregelt wird und dass die Stellgröße bei einem Wechsel von dem ersten Betriebszustand in den zweiten Betriebszustand stärker begrenzt wird.
Entsprechend bevorzugter Ausgestaltungsvarianten der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass in dem vorgegebenen Zeitraum die Stellgröße auf einen festen ersten Grenzwert begrenzt wird oder dass die Stellgröße auf einen aus einem Kennfeld oder einer Kennlinie bestimmten ersten Grenzwert begrenzt wird. Die Vorgabe der Stellgröße an Hand eines Kennfeldes oder einer Kennlinie ermöglicht eine optimale Anpassung an das Systemverhalten des Regelsystems.
Entsprechend weiterer Ausgestaltungsvarianten der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass eine obere Grenze und/oder eine untere Grenze zur stärkeren Begrenzung der Stellgröße mit einem festen ersten Faktor multipliziert wird oder dass die obere Grenze und/oder untere Grenze mit einem aus einem Kennfeld oder einer Kennlinie bestimmten ersten Faktor multipliziert wird. Vorteilhaft hierbei ist, dass die Begrenzung immer als stetige Funktion gewählt werden kann und Sprünge der Stellgröße des Reglers vermieden werden können, ohne eine zusätzliche Rampe einzusetzen.
Führt die Verlangsamung des Sensors nur in einer Stellrichtung zu einem Überschwingen des Regelkreises, kann es vorgesehen sein, dass die Stellgröße (34) nur in eine Stellrichtung der Stellgröße (34) stärker begrenzt wird. Regelabweichungen in die entgegengesetzte Richtung können dann bei voller Stellgröße ausgeregelt werden.
Um nach einer initialen Überreaktion des Regelkreises wieder eine schnelle Regelung bei vollem Stellbereich zu ermöglichen, kann es vorgesehen sein, dass die Stellgröße im Anschluss an den vorgegebenen Zeitraum auf einen zweiten Grenzwert begrenzt wird oder dass die Stellgröße mit einem zweiten Faktor multipliziert wird. Der zweite Grenzwert oder der zweite Faktor sind dabei so ausgelegt, dass eine größere Stellgröße als bei dem ersten Grenzwert beziehungsweise bei dem ersten Faktor möglich ist.
Entsprechend einer Ausführungsvariante der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass der Grenzwert beim Übergang von dem ersten Grenzwert auf den zweiten Grenzwert entlang einer Rampe verändert wird. Die Rampe kann dabei eine konstante oder eine variable Steigung aufweisen.
Ein Überschwingen des Regelkreises kann dadurch weiter reduziert werden, dass die Maßnahmen mit zumindest einer Anti-Reset-Windup-Maßnahme kombiniert werden.
Die die Vorrichtung betreffende Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass das Regelsystem einen Begrenzer zur stärkeren Begrenzung der Stellgröße während eines vorgegebenen Zeitraums nach einer Änderung des Betriebszustands aufweist. Der Begrenzer verringert für den vorgegebenen Zeitraum nach einem Wechsel des Betriebszustands und damit nach einem großen Sprung in dem Sollwert der Systemgröße die einstellbare Stellgröße, um so eine Überreaktion des Regelkreises auf Grund einer verzögerten Dynamik des die Systemgröße messenden Sensors zu vermeiden. Die Vorrichtung ermöglicht die Durchführung des beschriebenen Verfahrens.
Entsprechend einer bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass das Regelsystem als Lambdaregelung einer Brennkraftmaschine und der Sensor als Lambdasonde ausgeführt sind. Lambdasonden können verrußen und so temporär eine verringerte Dynamik aufweisen. Eine Überreaktion des Regelkreises auf Grund der verringerten Dynamik der Lambdasonde kann durch die temporäre Begrenzung der Stellgröße vermieden werden.
Das Verfahren und die Vorrichtung lassen sich bevorzugt zur Regelung des Luft-/Kraftstoffverhältnisses Lambda bei der Regeneration eines NO_x-Speicher-Katalysators im Abgaskanal eines Dieselmotors oder eines Ottomotors anwenden.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
1 Regel- und Sensorsignale eines Lambdaregelkreises bei einer Regeneration eines NO_x-Speicher-Katalysators mit einer intakten Lambdasonde,
2 Regel- und Sensorsignale eines Lambdaregelkreises bei einer Regeneration eines NO_x-Speicher-Katalysators mit einer verlangsamten Lambdasonde,
3 Regel- und Sensorsignale eines Lambdaregelkreises bei einer Regeneration eines NO_x-Speicher-Katalysators mit einer verlangsamten Lambdasonde und einer dynamischen Begrenzung der Stellgröße,
4 eine generelle Struktur einer Stellgrößenbegrenzung,
5 einen Block Modifikation Begrenzung in einer ersten Ausführungsform,
6 einen Block Modifikation Begrenzung in einer zweiten Ausführungsform.
1 zeigt Regel- und Sensorsignale eines Lambdaregelkreises bei einer Regeneration eines NO_x-Speicher-Katalysators mit einer intakten Lambdasonde. Dazu sind ein Lambdasensorwert 12, ein Reglerausgang 13, ein Lambdasollwert 14 und ein Reglerstatus 15 gegenüber einer Signalachse 10 und einer Zeitachse 11 aufgetragen.
Der NO_x-Speicher-Katalysator und die Lambdasonde sind in einem Abgassystem einer Brennkraftmaschine angeordnet. Der Lambdaregelkreis dient der Regelung eines Lambdawertes als Systemgröße im Abgas der Brennkraftmaschine.
Der nicht dargestellte Regelkreis ist wie folgt aufgebaut: Der Lambdawert wird von der Lambdasonde erfasst und als Lambdasensorwert 12 einer Vergleichsstelle zugeführt. In der Vergleichsstelle wird aus dem Lambdasensorwert 12 und dem Lambdasollwert 14 eine Regelabweichung gebildet und einem in 4 gezeigten Lambdaregler 20 zugeführt. Eine Stellgröße als Reglerausgang 13 bildet das Eingangssignal der Regelstrecke. Eine gegebenenfalls vorhandene Vorsteuerung, deren Ausgangssignal zur Stellgröße addiert wird, kann vorgesehen sein, ist aber für die Darstellung der Erfindung nicht notwendig und wird daher nicht berücksichtigt. Die Regelstrecke beinhaltet die Brennkraftmaschine mit der Luft- und Kraftstoffzuführung und dem Abgassystem.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Lambdaregelkreis einem in einem ersten Betriebszustand mager betriebenen Dieselmotor als Brennkraftmaschine zugeordnet.
Der NO_x-Speicher-Katalysator ist zur Minderung von Stickoxidemissionen in dem Abgaskanal der Brennkraftmaschine angeordnet. Während des ersten Betriebszustands bei magerem Betrieb des Dieselmotors adsorbiert er in dem Abgas geführte Stickoxide. Ist die Speicherkapazität des NO_x-Speicher-Katalysators erschöpft, wird das eingespeicherte Stickoxid während einer Regenerationsphase aus dem NO_x-Speicher-Katalysator entfernt. Dazu wird die Brennkraftmaschine in einem zweiten Betriebszustand fett, d.h. mit Luftmangel, betrieben.
Die Einstellung des fetten Betriebs erfolgt über eine Lambdaregelung mit einem entsprechenden Lambdasollwert 14. Dazu wird der Lambdaregler 20 entsprechend dem Reglerstatus 15 aktiviert. Der Lambdaregler 20 regelt die Regelstrecke für die Dauer der Regenerationsphase derart, dass in dem Abgaskanal ein Lambda < 1 vorliegt.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel zeigt sich, dass sich bei intakter Lambdasonde der Lambdasensorwert 12 nach Aktivierung des Lambdareglers 20 schnell auf den Lambdasollwert 14 einstellt. Der Reglerausgang 13 läuft auf den benötigten Stellwert. Nach der Regeneration wird der Lambdaregler 20 entsprechend dem Reglerstatus 15 deaktiviert. Der Reglerausgang 13 fällt auf seinen ursprünglichen Wert und der Lambdasensorwert 12 steigt wieder auf ein mageres Luft-/Kraftstoffverhältnis.
2 zeigt die bereits zu 1 eingeführten Regel- und Sensorsignale eines Lambdaregelkreises bei einer Regeneration eines NO_x-Speicher-Katalysators mit einer verlangsamten Lambdasonde. Dabei sind die gleichen Bezeichner wie in 1 verwendet.
Im Gegensatz zu dem in 1 gezeigten Verhalten mit einem intakten Lambdasensor führt der verlangsamte Lambdasensor zu einem überhöhten Reglereingriff. Dies führt zu einer starken Unterschreitung des Lambdasollwerts 14 durch die Überreaktion des Lambdareglers 20.
Lambdasonden können durch Russpartikel im Abgas verschmutzen, wodurch die Antwortzeit der Lambdasonde verschlechtert wird. Diese Verrußung ist allerdings nicht zwangsläufig dauerhaft, sondern kann durch mechanische (Vibration) oder thermische (heiße Abgase) Einflüsse verringert werden oder auch ganz verschwinden. Weiterhin sind nicht alle Lambdasonden von einer Verrußung betroffen.
Ist die Lambdasonde durch Verrußung über ein bestimmtes Maß hinweg verlangsamt, führt dies, wie in 2 dargestellt, zu einer starken Unterschreitung des gewünschten Lambdawertes beim Einschalten der Lambdaregelung zu Beginn der Regeneration. Der Lambdaregler 20, welcher für eine höhere Signaldynamik des Lambdasensors ausgelegt wurde, versucht, den Lambdasollwert 14 durch Erhöhen der Stellgröße (Reglerausgang 13) einzuregeln. Der gemessene Lambdasensorwert 12 erreicht aber daher nicht den Lambdasollwert 14, weil der gemessene Lambdasensorwert 12 durch Verrußung den eigentlichen Zustand des Abgases sehr verspätet anzeigt. Dies führt dazu, dass der Lambdareger 20 übersteuert, was zu der beschriebenen Unterschreitung des tatsächlich vorliegenden Lambdas im Abgas führt. Das Unterschreiten des gewünschten Sollwertes kann zu einer erheblichen Verschlechterung der Abgasemissionen oder im schlimmsten Fall zu Aussetzern auf einzelnen Zylindern der Brennkraftmaschine führen.
3 zeigt Regel- und Sensorsignale eines Lambdaregelkreises bei einer Regeneration eines NO_x-Speicher-Katalysators mit einer verlangsamten Lambdasonde und einer erfindungsgemäßen dynamischen Begrenzung der Stellgröße. Neben den bereits zu 2 eingeführten Signalverläufen für den Lambdasensorwert 12 und den Reglerausgang 13 bei einer verlangsamten Lambdasonde sind die Verläufe eines erfindungsgemäßen dynamisch begrenzten Reglerausgangs 13.1 und eines zugehörigen dynamischen Lambdasensorwerts 12.1, ebenfalls bei einer verlangsamten Lambdasonde, gezeigt. Weiterhin ist ein vorgegebener Zeitraum 36 durch einen Doppelpfeil markiert.
Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, die Stellgröße und somit den Reglerausgang 13 bei einem Wechsel des Betriebszustands für den vorgegebenen Zeitraum 36 entsprechend dem dynamisch begrenzten Reglerausgang 13.1 zu begrenzen. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel beginnt der vorgegebene Zeitraum 36 mit der Aktivierung des Lambdareglers 20, dargestellt über den Reglerstatus 15. Alternativ kann auch eine andere Größe, aus welcher sich der Zeitpunkt einer charakteristischen Überreaktion des Lambdareglers 20 ableiten lässt, für den Beginn der Begrenzung der Stellgröße verwendet werden. Die Dauer des vorgegebenen Zeitraums 36 ist an die Dauer eines charakteristischen Überschwingens des Regelsystems angepasst.
Die Stellgrößenbegrenzung wird nach einem Wechsel des Betriebszustands so verändert, dass ein Unterschreiten des Lambdasollwerts 14 durch das tatsächlich vorliegende Lambda zu Beginn der Regeneration vermieden wird, im Verlauf der Regeneration aber genug Stellgröße und Bandbreite zur Verfügung steht, um auch Systeme, in denen hohe Störungen vorherrschen, auf den gewünschten Lambdasollwert 14 einzuregeln. Dazu wird die Stellgrößenbegrenzung nach dem vorgegebenen Zeitraum 36 aufgehoben oder es wird ein höherer Wert für die Stellgröße zugelassen. Da die Gefahr einer Überreaktion des Lambdareglers 20 nur in einer Stellrichtung bei dem Wechsel des Betriebszustands von einem mageren zu einem fetten Betrieb vorliegt, ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel die Stellgröße nur in eine Stellrichtung von mager nach fett begrenzt. Dadurch wird eine minimale Beeinflussung des Verhaltens der Regelung sichergestellt.
4 zeigt eine generelle Struktur einer Stellgrößenbegrenzung in modularer Darstellung am Beispiel des beschriebenen Lambda-Regelkreises. Einem Lambdaregler 20 ist ein Begrenzer 22 nachgeschaltet. Dem Begrenzer 22 sind als Eingangssignale eine von dem Lambdaregler 20 ausgegebene, unbegrenzte Stellgröße 30, eine modifizierte obere Grenze 32 und eine untere Grenze 33 zugeführt. Die modifizierte obere Grenze 32 wird von einem Block Modifikation Begrenzung 21 gebildet, dem eine obere Grenze 31 zugeführt ist. Der Begrenzer 22 und der Block Modifikation Begrenzung 21 können integraler Bestandteil des Lambdareglers 20 sein. Eine ausgegebene Stellgröße 34 als Eingangssignal der nicht dargestellten Regelstrecke entspricht dann dem in den 1 bis 3 gezeigten Reglerausgang 13.
Die von dem Lambdaregler 20 ausgegebene unbegrenzte Stellgröße 30 wird im regulären Betrieb von dem Begrenzer auf die obere Grenze 31 und die untere Grenze 33 begrenzt. Bei entsprechender Wahl der oberen Grenze 31 und der unteren Grenze 33 entspricht der Stellbereich nach dem Begrenzer 22 der unbegrenzten Stellgröße 30.
Bei einem Wechsel des Betriebszustands zur Regeneration eines NO_x-Speicher-Katalysators verringert der Block Modifikation Begrenzung 21 die obere Grenze 31 für einen vorgegebenen Zeitraum auf eine modifizierte obere Grenze 32. Der Begrenzer 22 reduziert die ausgegebene Stellgröße 34 auf diese modifizierte obere Grenze 32. Dadurch kann eine Überreaktion des Lambdareglers auf Grund einer verzögert reagierenden Lambdasonde vermieden werden. Nach dem vorgegebenen Zeitraum 36 gibt der Block Modifikation Begrenzung 21 wieder die maximale obere Grenze 31 an den Begrenzer 22 aus, womit wieder der vollständige Stellbereich für die ausgegebene Stellgröße 34 bereitsteht.
5 zeigt den in 4 eingeführten Block Modifikation Begrenzung 21 in einer ersten Ausführungsform. Dem Block Modifikation Begrenzung 21 sind ein Vergleicher 23 und ein Umschalter 24 zugeordnet. Dem Vergleicher 23 sind als Eingangssignale eine Aktivzeit Regler 35 und der in 4 gezeigte vorgegebene Zeitraum 36 zugeführt. Ein Schaltsignal 37 wird von dem Vergleicher 23 ausgegeben und dem Umschalter 24 zugeführt. Dem Umschalter 24 wird weiterhin eine Startgrenze 38 und die obere Grenze 31 zugeleitet.
Mit Beginn einer Regeneration eines NO_x-Speicher-Katalysators und der damit verbundenen Aktivierung des Lambdareglers 20 wird die Aktivzeit Regler 35 bestimmt. Die Aktivzeit Regler 35 ist die Zeit, die der Lambdaregler 20 aktiv ist. Ist die Aktivzeit Regler 35 kürzer als der vorgegebene Zeitraum 36 wird der Umschalter 24 über das Schaltsignal 37 derart angesteuert, dass die modifizierte obere Grenze 32 der Startgrenze 38 entspricht. In dieser Zeit wird die in 4 gezeigte ausgegebene Stellgröße 34 auf die Startgrenze 38 begrenzt. Überschreitet die Aktivzeit Regler 35 den vorgegebenen Zeitraum 36 schaltet der Umschalter 24 um und stellt die ausgegebene modifizierte obere Grenze 32 auf die zugeführte obere Grenze 31, die größer ist als die Startgrenze 38, ein. Der Begrenzer 22 ermöglicht jetzt für die verbleibende Zeit der Regeneration einen größeren Stellbereich für die ausgegebene Stellgröße 34.
In dem Ausführungsbeispiel sind der vorgegebene Zeitraum 36 und die Startgrenze 38 als Festwerte vorgegeben. Es ist jedoch auch möglich, diese durch Kennlinien oder durch Kennfelder vorzugeben, je nachdem, welche Abhängigkeiten eine optimale Anpassung an das Systemverhalten ermöglichen.
6 zeigt den Block Modifikation Begrenzung 21 in einer zweiten Ausführungsform. Dem Block Modifikation Begrenzung 21 ist eine Kennlinie 25 und ein Multiplizierer 26 zugeordnet. Mit Hilfe der Kennlinie 25 wird in Abhängigkeit von der Aktivzeit Regler 35 ein Faktor 39 gebildet, welcher zusammen mit der oberen Grenze 31 dem Multiplizierer 26 zugeführt wird. Aus der oberen Grenze 31 und dem Faktor 39 bildet der Multiplizierer 26 die modifizierte obere Grenze 32 für die Stellgröße.
Der Faktor wird in Abhängigkeit von der Aktivierungszeit des Lambdareglers 20 nach einem Wechsel des Betriebszustands, also entsprechend dem beschriebenen Ausführungsbeispiel nach Beginn einer Regeneration eines NO_x-Speicher-Katalysators, aus der Kennlinie 25 bestimmt. Die modifizierte obere Grenze 32 für die ausgegebene Stellgröße 34 wird durch Multiplikation der oberen Grenze 31 mit dem Faktor 39 erhalten. Der Faktor 39 ist dabei zu Beginn der Regeneration kleiner und steigt dann bis zu einem maximalen Wert von 1 an. Vorteilhaft hierbei ist, dass die Begrenzung immer eine stetige Funktion ist und Sprünge der Stellgröße des Reglers vermieden werden können, ohne eine zusätzliche Rampe einzusetzen. Die Form der Begrenzung kann einfach angepasst werden. So kann es vorgesehen sein, dass mehrere Stufen der Begrenzung oder ein kontinuierliches Ansteigen der Begrenzung mit variablen Steigungen ermöglicht werden.

Claims

Verfahren zur Regelung einer Systemgröße eines Regelsystems, wobei das Regelsystem in zumindest einem ersten Betriebszustand und einem zweiten Betriebszustand bei verschiedenen Werten der Systemgröße betrieben wird, wobei die Systemgröße als Istwert mit einem Sensor erfasst wird, dessen Dynamik konstant bleibt oder sich in nicht vorhersagbarer Weise verändert, wobei aus dem Istwert und einem Sollwert der Systemgröße eine Regelabweichung bestimmt und einem Regler des Regelsystems zugeführt wird und wobei der Regler in Abhängigkeit von der Regelabweichung eine Stellgröße (34) ausgibt, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellgröße (34) bei einem Wechsel des Betriebszustands für einen vorgegebenen Zeitraum (36) stärker begrenzt wird als nach Ablauf dieses Zeitraums.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgegebene Zeitraum (36) für die stärkere Begrenzung der Stellgröße (34) in Abhängigkeit von der Dauer eines charakteristischen Überschwingens des Regelsystems vorgegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgegebene Zeitraum (36) für die stärkere Begrenzung der Stellgröße (34) in Abhängigkeit von der Dauer des jeweiligen Betriebszustands vorgegeben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Systemgröße in dem ersten Betriebszustand gesteuert wird und in dem zweiten Betriebszustand geregelt wird und dass die Stellgröße bei einem Wechsel von dem ersten Betriebszustand in den zweiten Betriebszustand stärker begrenzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in dem vorgegebenen Zeitraum die Stellgröße (34) auf einen festen ersten Grenzwert begrenzt wird oder auf einen aus einem Kennfeld oder einer Kennlinie bestimmten ersten Grenzwert begrenzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur stärkeren Begrenzung der Stellgröße (34) eine obere Grenze (31) und/oder eine untere Grenze (33) mit einem festen ersten Faktor (39) multipliziert wird oder dass die obere Grenze (31) und/oder untere Grenze (33) mit einem aus einem Kennfeld oder einer Kennlinie (25) bestimmten ersten Faktor (39) multipliziert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellgröße (34) nur in eine Stellrichtung der Stellgröße (34) stärker begrenzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellgröße (34) im Anschluss an den vorgegebenen Zeitraum (36) auf einen zweiten Grenzwert begrenzt wird oder dass die Stellgröße (34) mit einem zweiten Faktor (39) multipliziert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Grenzwert beim Übergang von dem ersten Grenzwert auf den zweiten Grenzwert entlang einer Rampe verändert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Maßnahmen mit zumindest einer Anti-Reset-Windup-Maßnahme kombiniert werden.
Vorrichtung zur Regelung einer Systemgröße eines Regelsystems, wobei das Regelsystem zumindest einen ersten Betriebszustand und einen zweiten Betriebszustand mit verschiedenen Werten der Systemgröße aufweist und wobei das Regelsystem einen Sensor zur Bestimmung eines Istwerts der Systemgröße und einen Regler zur Ausgabe einer Stellgröße (34) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelsystem einen Begrenzer (22) zur stärkeren Begrenzung der Stellgröße (34) während eines vorgegebenen Zeitraums (36) nach einer Änderung des Betriebszustands aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelsystem als Lambdaregelung einer Brennkraftmaschine und der Sensor als Lambdasonde ausgeführt sind.
Anwendung des Verfahrens und der Vorrichtung zur Regelung des Luft-/Kraftstoffverhältnisses Lambda bei der Regeneration eines NO_x-Speicher-Katalysators im Abgaskanal eines Dieselmotors oder eines Ottomotors.