DE102014223066A1 - Method and control unit for detecting an armature stop of an electromechanical actuator - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung eines Ankeranschlags eines elektromechanischen Aktuators nach einer Ansteuerung einer den Aktuator antreibenden Magnetspule, wobei der Ankeranschlag des Aktuators mittels Auswertung einer zeitlichen Ableitung des Stromverlaufs ipmp durch die Magnetspule bestimmt wird. Dabei ist es vorgesehen, dass ein Minimum der ersten zeitlichen Ableitung igrad des Stromverlaufs ipmp bestimmt wird und dass der Zeitpunkt des Minimums dem Ankeranschlag zugeordnet wird, wenn das Minimum größer oder gleich Null ist.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Steuereinheit zur Durchführung des Verfahrens.
Das Verfahren ermöglicht die Erkennung eines Ankeranschlags eines elektromagnetischen Aktuators auch unter ungünstigen Betriebsbedingungen. The invention relates to a method for detecting an armature stop of an electromechanical actuator after driving a solenoid driving the actuator, wherein the armature stop of the actuator by means of evaluation of a time derivative of the current waveform i pmp is determined by the magnetic coil. It is provided that a minimum of the first time derivative i grad of the current waveform i pmp is determined and that the time of the minimum is assigned to the anchor stop when the minimum is greater than or equal to zero.
The invention further relates to a control unit for carrying out the method.
The method makes it possible to detect an armature stop of an electromagnetic actuator even under unfavorable operating conditions.
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung eines Ankeranschlags eines elektromechanischen Aktuators nach einer Ansteuerung einer den Aktuator antreibenden Magnetspule, wobei der Ankeranschlag des Aktuators mittels Auswertung einer zeitlichen Ableitung des Stromverlaufs durch die Magnetspule bestimmt wird.The invention relates to a method for detecting an armature stop of an electromechanical actuator after driving a solenoid driving the actuator, wherein the armature stop of the actuator is determined by evaluating a time derivative of the current waveform through the magnetic coil.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The invention further relates to a device for carrying out the method.
Die Schrift
Entsprechend ist es bekannt, einen Anschlag des Aktuators (Magnet Stop Point MSP) an Hand des Induktivitätsverlaufs zu bestimmen. Nachteilig hierbei ist der erforderliche hohe Rechenaufwand zur Bestimmung der Induktivität, da die Induktivität für jeden Aktuator unterschiedlich sein kann. Zur Auswertung muss die Induktivität normiert werden. Der hohe Rechenaufwand führt zu hohen erforderlichen Ressourcen. Ein weiterer Nachteil ergibt sich daraus, dass unter bestimmten Betriebsbedingungen des Aktuators, beispielsweise bei niedrigen Temperaturen und dadurch bedingten geringen Ge- schwindigkeiten des Aktuators, der Ankeranschlag an Hand des Induktivitätsverlaufs nicht eindeutig nachgewiesen werden kann. Accordingly, it is known to determine a stop of the actuator (magnetic stop point MSP) on the basis of the Induktivitätsverlaufs. The disadvantage here is the required high computational effort to determine the inductance, since the inductance can be different for each actuator. For evaluation, the inductance must be normalized. The high computational complexity leads to high required resources. Another disadvantage results from the fact that under certain operating conditions of the actuator, for example at low temperatures and consequent low speeds of the actuator, the armature stop can not be clearly detected by the Induktivitätsverlaufs.
Die
Nachteilig hierbei ist, dass sich unter ungünstigen Betriebsbedingungen des Aktuators bei geringen Geschwindigkeiten der Ankerbewegung kein Minimum im Stromverlauf ausbildet. Solche ungünstigen Betriebsbedingungen können beispielsweise bei niedrigen Temperaturen und entsprechen hoher Reibung vorliegen.The disadvantage here is that under unfavorable operating conditions of the actuator at low speeds of the armature movement no minimum in the course of the current is formed. Such unfavorable operating conditions may be present, for example, at low temperatures and high friction.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem eine verbesserte Erkennung des Ankeranschlags eines elektromechanischen Aktuators ermöglicht werden kann.It is therefore an object of the invention to provide a method with which an improved detection of the armature stop of an electromechanical actuator can be made possible.
Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens bereitzustellen.It is a further object of the invention to provide a device for carrying out the method.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Die das Verfahren betreffende Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass ein Minimum der ersten zeitlichen Ableitung igrad des Stromverlaufs ipmp bestimmt wird und dass der Zeitpunkt des Minimums dem Ankeranschlag zugeordnet wird, wenn das Minimum größer oder gleich Null ist. Liegt, beispielsweise bei niedrigen Temperaturen, eine verlangsamte Bewegung des Ankers vor, bildet sich am Ankeranschlag kein Minimum in dem Stromverlauf ipmp und somit kein Nulldurchgang der ersten zeitlichen Ableitung igrad des Stromverlaufs ipmp aus. Zum Zeitpunkt des Ankeranschlags ergibt sich jedoch eine plötzliche Änderung der Ankerbewegung und damit des monoton steigenden Verlaufs des durch die Magnetspule fließenden Stroms ipmp. Vor dem Ankeranschlag reduziert sich die Anstiegsgeschwindigkeit des Stroms ipmp, während sie nach dem Ankeranschlag wieder ansteigt. Die erste zeitliche Ableitung igrad bildet daher am Ankeranschlag ein Minimum aus, welches erfindungsgemäß nachgewiesen wird. Der Ankeranschlag kann somit auch unter Betriebsbedingungen, welche zu einer verlangsamten Bewegung des Ankers führen, sicher nachgewiesen werden.The object of the invention relating to the method is achieved by determining a minimum of the first time derivative i grad of the current waveform i pmp , and assigning the time of the minimum to the armature stop if the minimum is greater than or equal to zero. If there is a slowed movement of the armature, for example at low temperatures, no minimum in the current profile i pmp forms at the armature stop and thus no zero crossing of the first time derivative i grad of the current profile i pmp . At the time of the anchor stop, however, there is a sudden change in the armature movement and thus the monotonically increasing course of the current flowing through the solenoid current i pmp . Before the armature stop, the rate of rise of the current i pmp decreases , while it rises again after the armature stop. The first time derivative i grad therefore forms at the anchor stop a minimum, which is detected according to the invention. The armature stop can thus be reliably detected even under operating conditions which lead to a slower movement of the armature.
Liegt eine ausreichend schnelle Ankerbewegung vor, steigt der Strom ipmp durch die Magnetspule zunächst an, fällt dann aber wieder ab und bildet ein Minimum aus, bevor er wieder ansteigt. Die erste zeitliche Ableitung igrad eines solchen Stromverlauf ipmp bildet somit ein Minimum kleiner Null und zwei Nulldurchgänge aus. Um auch unter Betriebsbedingungen, welche zu einer schnellen Ankerbewegung führen, eine sichere Erkennung des Ankeranschlags zu ermöglichen kann es vorgesehen sein, dass der Ankeranschlag dem Zeitpunkt eines zweiten Nulldurchgangs der ersten zeitlichen Ableitung igrad des Stromverlaufs ipmp zugeordnet wird, wenn die erste zeitliche Ableitung igrad Nulldurchgänge aufweist. Durch die Bestimmung des Minimums oder, falls vorhanden, des zweiten Nulldurchgangs der ersten zeitlichen Ableitung igrad kann der Ankeranschlag sowohl bei langsamen wie bei schnellen Ankerbewegungen sicher erkannt werden.If there is a sufficiently fast armature movement, the current i pmp by the solenoid first increases, but then drops again and forms a minimum before it rises again. The first time derivative i grad of such a current waveform i pmp thus forms a minimum less than zero and two zero crossings. To ensure safe operation even under operating conditions that lead to a fast armature movement Detecting the armature stop can be provided that the armature stop is the time of a second zero crossing of the first time derivative i grad of the current waveform i pmp assigned when the first time derivative i grad has zero crossings. By determining the minimum or, if present, the second zero crossing of the first time derivative i grad , the armature stop can be reliably detected both during slow and fast armature movements.
Zur Bestimmung des Minimums der ersten zeitlichen Ableitung igrad des Stromverlaufs ipmp durch die Magnetspule kann es vorgesehen sein, dass für die Suche des Minimums der Wert einer ersten Schwelle für die erste zeitliche Ableitung igrad des Stromverlaufs, ausgehend von einem Wert null, um einen vorgegebenen Wert ∆X schrittweise erhöht wird, dass vor einer Erhöhung der ersten Schwelle überprüft wird, ob die erste zeitliche Ableitung igrad in ihrem Verlauf kleiner oder gleich der ersten Schwelle ist und dass das Minimum in dem Abschnitt des Stromverlaufs, der kleiner oder gleich der ersten Schwelle ist, gesucht wird. Dazu wird vorteilhaft der Verlauf der ersten zeitlichen Ableitung igrad gespeichert und mit der ersten Schwelle verglichen. Wurde die erste Schwelle so weit angehoben, dass Werte der ersten zeitlichen Ableitung igrad des Stromverlaufs ipmp unter der ersten Schwelle liegen, so liegt auch das gesuchte Minimum unter dieser ersten Schwelle und kann entsprechend schnell gefunden werden. In order to determine the minimum of the first time derivative i grad of the current profile i pmp by the magnetic coil, it may be provided that for the search of the minimum, the value of a first threshold for the first time derivative i grad of the current waveform, starting from a value zero a predetermined value .DELTA.X is gradually increased, that is checked before increasing the first threshold, whether the first time derivative i grad in their course is less than or equal to the first threshold and that the minimum in the portion of the current waveform, the smaller or equal the first threshold is searched. For this, the course of the first time derivative i is advantageously degree stored and compared with the first threshold. If the first threshold has been raised so far that values of the first time derivative i grad of the current waveform i pmp are below the first threshold, then the searched minimum is also below this first threshold and can be found correspondingly quickly.
Um zu vermeiden, dass Störungen, beispielsweise Schwankungen, in dem ermittelten Verlauf der ersten Ableitung igrad des Stromverlaufs ipmp, fehlerhaft als Minimum und damit als Ankeranschlag gewertet werden kann es vorgesehen sein, dass der Zeitpunkt des Minimums dem Ankeranschlag zugeordnet wird, wenn die zeitliche Ableitung igrad nach dem Minimum eine zweite Schwelle Igrad,max überschreitet. Ist dies nicht der Fall, wird die Suche nach dem Minimum fortgesetzt. In order to avoid that disturbances, for example fluctuations, in the ascertained course of the first derivative i grad of the current profile i pmp , can be erroneously scored as a minimum and thus as an anchor stop, it can be provided that the time of the minimum is assigned to the anchor stop when the temporal derivative i grad after the minimum exceeds a second threshold I grad, max . If this is not the case, the search for the minimum will continue.
Entsprechend kann es vorgesehen sein, dass der Zeitpunkt des Minimums dem Ankeranschlag zugeordnet wird, wenn die erste zeitliche Ableitung igrad des Stromverlaufs ipmp nach dem Minimum innerhalb einer vorgegebenen Zeit Kabs einen Wert erreicht, der um eine vorgegebene dritte Schwelle L über dem Minimum liegt. Es wird also überprüft, ob sich die erste zeitliche Ableitung igrad des Stromverlaufs ipmp nach dem Minimum stark ändert, ob also die zweite zeitliche Ableitung igrad einen Wert größer als ein Vorgabewert erreicht. Ist dies der Fall, gilt der ermittelte Zeitpunkt des Minimums als Ankeranschlag. Fällt der Anstieg des Verlaufs der ersten zeitlichen Ableitung igrad des Stromverlaufs ipmp geringer aus, wird die Suche nach dem Minimum fortgesetzt. Accordingly, it can be provided that the time of the minimum is assigned to the armature stop when the first time derivative i grad of current flow i pmp to the minimum within a predetermined time K abs reaches a value by a predetermined third threshold L above the minimum lies. It is therefore checked whether the first time derivative i grad of the current waveform i pmp changes greatly after the minimum, ie whether the second time derivative i grad reaches a value greater than a predetermined value. If this is the case, the determined time of the minimum is considered an anchor stop. If the slope of the course of the first time derivative i grad of the current waveform i pmp decreases, the search for the minimum continues.
Eine eindeutige und fehlerfreie Bestimmung des Ankeranschlags auch bei langsam bewegtem Aktuator kann dadurch erreicht werden, dass der Zeitpunkt des Minimums dem Ankeranschlag zugeordnet wird, wenn die zeitliche Ableitung igrad nach dem Minimum die zweite Schwelle Igrad,max überschreitet und das Minimum zwischen Null und einer vierten Schwelle Xthres liegt und/oder dass der Zeitpunkt des Minimums dem Ankeranschlag zugeordnet wird, wenn die erste zeitliche Ableitung igrad des Stromverlaufs ipmp nach dem Minimum innerhalb einer vorgegebenen Zeit Kabs einen Wert erreicht, der um eine vorgegebene dritte Schwelle L über dem Minimum liegt und das Minimum zwischen der vierten Schwelle Xthres und einer fünften Schwelle Xmax liegt und/oder dass kein Ankeranschlag erkannt wird, wenn das Minimum über der fünften Schwelle Xmax liegt.An unambiguous and error-free determination of the anchor stop, even with slowly moving actuator, can be achieved by assigning the time of the minimum to the armature stop if the time derivative i grad after the minimum exceeds the second threshold I grad, max and the minimum between zero and a fourth threshold X thres and / or that the time of the minimum is assigned to the armature stop, when the first time derivative i grad of current flow i pmp to the minimum within a predetermined time K abs reaches a value which is by a predetermined third threshold L is above the minimum and the minimum is between the fourth threshold X thres and a fifth threshold X max , and / or that no armature stop is detected when the minimum is above the fifth threshold X max .
Der Ankeranschlag sowohl schnell wie auch langsam bewegter Aktuatoren kann dadurch schnell und mit geringem Ressourcenaufwand gefunden werden, dass zur Erkennung des Ankeranschlags der zeitliche Verlauf der ersten zeitlichen Ableitung igrad des Stromverlaufs ipmp gespeichert wird, dass, ausgehend von einem letzten Speicherwert, in einer Rückwärtssuche der zweite Nulldurchgang ermittelt wird oder dass, wenn kein Nulldurchgang ermittelt wurde, das Erreichen der ersten Schwelle ermittelt wird und dass, ausgehend von dem Zeitpunkt des Erreichens der ersten Schwelle, in einer weiteren Rückwärtssuche das Minimum ermittelt wird. Für schnell bewegte Anker bilden sich die Nulldurchgänge in der ersten zeitlichen Ableitung igrad aus. Dabei entspricht der zweite Nulldurchgang dem Ankeranschlag. Bei vergleichsweise langsam bewegten Ankern bilden sich keine Nulldurchgänge, aber das Minimum größer Null aus, welches dem Ankeranschlag zugeordnet werden kann. Somit kann mit einer Prüfroutine der Ankeranschlag sowohl für schnell bewegte Anker wie auch für vergleichs- weise langsam bewegte Anker bestimmt werden. Das Verfahren lässt sich so für unter verschiedenen Betriebsbedingungen betriebene Aktuatoren verwenden. The armature stop both fast and slow moving actuators can be found quickly and with little resources that is stored to detect the anchor stop the time course of the first time derivative i grad of current flow i pmp that, starting from a last memory value , in a Backward search, the second zero crossing is determined or that, if no zero crossing was determined, the achievement of the first threshold is determined and that, starting from the time of reaching the first threshold, in a further backward search, the minimum is determined. For fast moving armatures, the zero crossings in the first time derivative i degrees are formed. The second zero crossing corresponds to the anchor stop. With comparatively slowly moving anchors, no zero crossings are formed, but the minimum greater than zero, which can be assigned to the anchor stop. Thus, with a test routine, the anchor stop can be determined both for fast-moving anchors and for comparatively slowly moving anchors. The method can thus be used for actuators operated under different operating conditions.
Der Stromverlauf ipmp wird vorzugsweise durch eine Spannungsmessung über einen Shunt-Widerstand bestimmt. Die Messung erfolgt dabei vorteilhaft über einen Analog- Digital-Wandler (ADC). Um ein Rauschen bei der Berechnung des Stromverlaufs ipmp aus den Spannungswerten sowie der ersten zeitlichen Ableitung igrad des Stromverlaufs ipmp zu unterdrücken kann es vorgesehen sein, dass der Stromverlauf ipmp an diskreten Zeitpunkten bestimmt und über einen Tiefpassfilter gefiltert wird und dass die erste zeitliche Ableitung igrad aus den gefilterten Werten des Stromverlaufs ipmp bestimmt wird und/oder dass der ermittelte Ankeranschlag um einen durch den Tiefpassfilter verursachten zeitlichen Versatz korrigiert wird. Der Tiefpassfilter bewirkt einen zeitlichen Versatz des ermittelten Verlaufs der ersten zeitlichen Ableitung igrad. Dieser zeitliche Versatz ist bekannt und kann entsprechend bei der Bestimmung des Ankeranschlags berücksichtigt werden. The current profile i pmp is preferably determined by a voltage measurement via a shunt resistor. The measurement is advantageously carried out via an analog-to-digital converter (ADC). In order to suppress noise in the calculation of the current waveform i pmp from the voltage values and the first time derivative i grad of the current waveform i pmp , it can be provided that the current waveform i pmp is determined at discrete times and filtered via a low-pass filter and that the first Time derivative i degree is determined from the filtered values of the current waveform i pmp and / or that the determined anchor stop is corrected by a time offset caused by the low-pass filter. The low pass filter causes a time offset of the determined course of the first time derivative i grad . This time offset is known and can be considered accordingly in the determination of the anchor stop.
Die die Steuereinheit betreffende Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass die Verarbeitungseinrichtung dazu ausgelegt ist, ein Minimum der ersten zeitlichen Ableitung igrad des Stromverlaufs ipmp zu bestimmen und den Zeitpunkt des Minimums dem Ankeranschlag zuzuordnen, wenn das Minimum größer Null ist, und/oder dass die Verarbeitungseinrichtung dazu ausgelegt ist, einen zweiten Nulldurchgang der ersten zeitlichen Ableitung igrad des Stromverlaufs ipmp zu bestimmen und den Zeitpunkt des zweiten Nulldurchgangs dem Ankeranschlag zuzuordnen. Mit Hilfe der Steuereinheit kann somit ein Ankeranschlag sowohl bei einem schnell bewegten Anker, welcher ein Minimum in dem ermittelten Stromverlauf ipmp durch die Magnetspule ausbildet, als auch bei einem vergleichsweise langsam bewegten Anker, welcher kein Minimum in dem ermittelten Stromverlauf ipmp ausbildet, sicher erkannt werden. Damit kann die Steuereinheit den Ankeranschlag bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen, beispielsweise bei hohen und niedrigen Temperaturen, erkennen. The object of the invention relating to the control unit is achieved in that the processing device is designed to determine a minimum of the first time derivative i grad of the current profile i pmp and to assign the time of the minimum to the armature stop if the minimum is greater than zero, and / or that the processing device is adapted to determine a second zero crossing of the first time derivative i grad of the current waveform i pmp and to assign the time of the second zero crossing to the armature stop. With the aid of the control unit, it is thus possible to ensure an armature stop both in the case of a fast-moving armature, which forms a minimum in the determined current flow i pmp by the magnet coil, and in the case of a comparatively slowly moving armature, which does not form a minimum in the determined current flow i pmp be recognized. Thus, the control unit can detect the anchor stop in different operating conditions, for example at high and low temperatures.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:The invention will be explained in more detail below with reference to an embodiment shown in FIGS. Show it:
Der Stromverlauf ipmp
Entlang des Stromverlaufs ipmp
Entlang des Verlaufs der ersten zeitlichen Ableitung igrad
Ein zeitlicher Versatz
Zu einem Ansteuerbeginn wird die Hubmagnetpumpe mit Betriebsspannung beaufschlagt, so dass der Stromverlauf ipmp
Elektrisch kann der elektromechanische Aktuator durch ein Ersatzschaltbild, bestehend aus einer Reihenschaltung einer Induktivität L und einem ohmschen Widerstand R des Stromkreises, dargestellt werden. Bei einer Ansteuerspannung Ubatt ergibt sich der Zusammenhang Electrically, the electromechanical actuator can be represented by an equivalent circuit consisting of a series connection of an inductance L and an ohmic resistance R of the circuit. At a drive voltage U batt results in the context
Nach dem Einschalten nimmt der Strom gemäß zu, wobei τ = L/R die Zeitkonstante des Stromkreises ist. After switching on, the current increases accordingly to, where τ = L / R is the time constant of the circuit.
Der Strom ipmp
Wie Gleichung (3) weiterhin zeigt, hängt die Änderung des Stroms ipmp stark von der Geschwindigkeit der Induktivitätsänderung und damit von der Geschwindigkeit der Bewegung des Ankers ab. Unter ungünstigen Betriebsbedingungen, beispielsweise bei niedrigen Temperaturen, kann die auf den Anker einwirkende Reibung so groß sein, dass sie die Bewegung des Ankers merklich verlangsamt. Dies kann zu einem monoton steigenden Stromverlauf ipmp
Zur Bestimmung des Stromverlaufs ipmp
Für den in
- 1. Zunächst wird der Stromverlauf ipmp
20 durch einen Tiefpass gefiltert, um Störungen durch Rauschen zu unterdrücken. Vorteilhaft wird hierzu ein FIR-Filter verwendet, der einen linearen Phasenverlauf aufweist. - 2. Anschließend erfolgt die Bestimmung der ersten zeitlichen Ableitung igrad
30 ausdem Stromverlauf i pmp20 . - 3. Ausgehend von dem letzten Wert der ersten zeitlichen Ableitung igrad
30 wird der Nulldurchgang zurückgesucht. Die Rückwärtssuche erfordert lediglich einen vergleichsweise geringen Ressourcen-, Berechnungs- und Zeitaufwand. - 4. Um sicherzustellen, dass der so ermittelte erste Anschlag-Zeitpunkt
22.1 dem tatsächlichen ersten Anschlag-Zeitpunkt22.1 entspricht, wird ein maximaler Wert igrad,max der ersten zeitlichen Ableitung igrad30 bestimmt. - 5. Dieser maximale Wert igrad,max wird mit einer in
2 gezeigtenzweiten Schwelle I grad,max41 verglichen. Überschreitet der maximale Wert igrad,max der ersten zeitlichen Ableitung igrad30 diezweite Schwelle I grad,max41 , wird der ermittelte erste Anschlag- Zeitpunkt22.1 als tatsächlicher erster Anschlag-Zeitpunkt22.1 bestätigt. Andernfalls wird der ermittelte erste Anschlag-Zeitpunkt22.1 als Störung verworfen. - 6. Der an Stelle des zweiten Nulldurchgangs
33 bestimmte erste Anschlag-Zeitpunkt22.1 wird unter Berücksichtigung der Verzögerung durch den Tiefpassfilter nach vorne verschoben.
- 1. First, the current waveform i pmp
20 filtered through a low-pass filter to suppress noise interference. Advantageously, an FIR filter is used for this purpose, which has a linear phase characteristic. - 2. Subsequently, the determination of the first time derivative i is grad
30 from the current flow i pmp20 , - 3. Starting from the last value of the first time derivative i grad
30 the zero crossing is searched back. The reverse search requires only a comparatively small amount of resources, calculation and time. - 4. To ensure that the so determined first stop time
22.1 the actual first stop time22.1 corresponds, a maximum value i is grad, max of the first time derivative i grad30 certainly. - 5. This maximum value i grad, max is with an in
2 shown second threshold I grad, max41 compared. Exceeds the maximum value i degree, max of the first time derivative i grad30 the second threshold I grad, max41 , the determined first stop time22.1 as the actual first stop time22.1 approved. Otherwise, the determined first stop time22.1 discarded as a disorder. - 6. The in place of the second zero crossing
33 certain first stop time22.1 is shifted forward considering the delay through the low-pass filter.
Vorzugsweise ist für die Tiefpassfilterung ein m-Ordnung FIR-Filter eingesetzt. Dieser ermöglicht eine einfache Berechnung und einen linearen Phasenverlauf. Preferably, an m-order FIR filter is used for the low-pass filtering. This allows a simple calculation and a linear phase curve.
Die erste zeitliche Ableitung igrad
Entlang der Gradientenachse igrad sind eine vierte Schwelle Xthres
Durch die vergleichsweise langsame Ankerbewegung weist der Stromverlauf ipmp
Zusätzlich zu den in dem ersten und dem zweiten Diagramm gezeigten Diagrammteilen zeigt das dritte Diagramm ein drittes Minimum
Die Suche nach dem dritten Anschlag-Zeitpunkt
Nachfolgend ist die Suche nach dem Ankeranschlag für langsam bewegte Anker, wie dies in den
- 1. Zunächst erfolgt eine Tiefpassfilterung wie zu
1 beschrieben. - 2. Ermittlung der ersten zeitlichen Ableitung igrad
30 wie zu1 beschrieben. - 3. Rückwärtssuche nach einem Durchgang x der ersten zeitlichen Ableitung igrad
30 durch die ersteSchwelle 40 . a. Wird ein Durchgang x erkannt, wird der Messpunkt kx gespeichert. b. Wird kein Durchgang x erkannt, wird die erste Schwelle40 um den vorgegebenen Wert ∆X erhöht und die Rückwärtssuche erneut durchgeführt. - 4. Rückwärtssuche von dem Messpunkt kx nach dem lokalen Minimum
32.2 ,32.3 , das größer oder gleich Null ist. Dieses Minimum32.2 ,32.3 wird vorläufig als Anschlag-Zeitpunkt22.2 ,22.3 festgehalten. - 5. Überprüfung, ob der vorläufige Anschlag-Zeitpunkt
22.2 ,22.3 dem tatsächlichen Ankeranschlag entspricht. Die Überprüfung erfolgt an Hand des nachfolgenden Verlaufs der ersten zeitlichen Ableitung igrad30 wie folgt: a. Liegt der Durchgang x unterhalb der viertenSchwelle X thres44 wird der Durchgang x näherungsweise als Nulldurchgang betrachtet, wie dies in2 dargestellt ist. i. Daraufhin wird überprüft, ob die erste zeitliche Ableitung igrad30 in ihrem dem zweiten Minimum32.2 nachfolgenden Verlauf diezweite Schwelle I grad,max41 überschreitet. Ist dies der Fall, wird der vorläufige zweite Anschlag-Zeitpunkt22.2 als tatsächlicher zweiter Anschlag-Zeitpunkt22.2 erkannt. Andernfalls wird die Durchgangssuche mit einer erneut um den vorgegebenen Wert ∆X erhöhten ersten Schwelle40 fortgesetzt. b. Liegt der Durchgang x oberhalb der viertenSchwelle X thres44 , bedeutet dies, dass der Stromverlauf ipmp20 monoton steigend ist und die Steigung relativ groß ist. In diesem Fall wird der Ankeranschlag erkannt, wenn nach dem dritten Minimum32.3 eine große Steigung der ersten zeitlichen Ableitung igrad30 vorliegt, wie dies zu3 gezeigt ist. i. Es wird überprüft, ob und wann die erste zeitliche Ableitung igrad30 einen Wert W erreicht, der um diedritte Schwelle L 42 über dem Durchgang x liegt. Erreicht die erste zeitliche Ableitung igrad30 einen Wert W nicht, wird die Durchgangssuche mit einer erhöhten ersten Schwelle40 fortgesetzt. Ist der zeitliche Abstand zwischen dem dritten Minimum32.3 bzw. dem Durchgang x und dem Erreichen des Wertes W kleiner als eine vorgegebene Zeit Kabs, liegt ein starker Anstieg der ersten zeitlichen Ableitung igrad30 nach dem vorläufigen dritten Anschlag-Zeitpunkt22.3 vor. In diesem Fall wird der vorläufige dritte Anschlag-Zeitpunkt22.3 als tatsächlicher dritter Anschlag- Zeitpunkt22.3 erkannt. Ist der zeitliche Abstand zwischen dem dritten Minimum32.3 bzw. dem Durchgang x und dem Erreichen des Wertes W größer als die vorgegebene Zeit Kabs, liegt ein vergleichsweise flacher Anstieg der ersten zeitlichen Ableitung igrad30 nach dem vorläufigen dritten Anschlag-Zeitpunkt22.3 vor und die Durchgangssuche wird mit einer erhöhten ersten Schwelle40 fortgesetzt - 6. Steigt die erste Schwelle
40 nach wiederholtem Erhöhen um den vorgegebenen Wert ∆X über diefünfte Schwelle X max45 , wird der Algorithmus gestoppt. In diesem Fall kann kein Ankeranschlag nachgewiesen werden.
- 1. First, a low-pass filtering as done
1 described. - 2. determining the first time derivative i grade
30 how to1 described. - 3. Backward search for a passage x of the first time derivative i grad
30 through thefirst threshold 40 , a. If a passage x is detected, the measuring point k x is stored. b. If no passage x is detected, the first threshold becomes40 increased by the predetermined value .DELTA.X and the backward search again performed. - 4. Backward search from the measuring point kx to the local minimum
32.2 .32.3 that is greater than or equal to zero. This minimum32.2 .32.3 is provisionally as a stop time22.2 .22.3 recorded. - 5. Check if the provisional stop time
22.2 .22.3 corresponds to the actual anchor stop. The check is made on the basis of the following course of the first time derivative i grad30 as follows: a. If the passage x is below thefourth threshold X thres44 the passage x is considered approximately as a zero crossing, as in2 is shown. i. Then it is checked whether the first time derivative i grad30 in their second minimum32.2 subsequent course, the second threshold I degree, max41 exceeds. If so, the provisional second stop time22.2 as the actual second stop time22.2 recognized. Otherwise, the continuity search will begin with a first threshold again increased by thepredetermined value ΔX 40 continued. b. If the passage x is above thefourth threshold X thres44 , this means that the current waveform i pmp20 is monotonically increasing and the slope is relatively large. In this case, the anchor stop is detected when after the third minimum32.3 a large slope of the firsttime derivative i grad30 is present, like this too3 is shown. i. It will be reviewed if and when the firstderivative i degree30 reaches a value W which is around thethird threshold L 42 lies above the passage x. Achieved the first time derivative i grad30 If a value W is not, the throughput search will be at an increasedfirst threshold 40 continued. Is the time interval between the third minimum32.3 or the passage x and the achievement of the value W less than a predetermined time K abs , there is a sharp increase of the first time derivative i grad30 after the provisional third stop time22.3 in front. In this case, the provisional third stop time22.3 as the actual third stop time22.3 recognized. Is the time interval between the third minimum32.3 or the passage x and the achievement of the value W greater than the predetermined time K abs , there is a comparatively flat increase of the first time derivative i grad30 after the provisional third stop time22.3 before and the continuity search comes with a raisedfirst threshold 40 continuing - 6. Rises the
first threshold 40 after repeatedly increasing by the predetermined value ΔX over thefifth threshold X max45 , the algorithm is stopped. In this case, no anchor stop can be detected.
In einem ersten Block
Das beschriebene Verfahren ermöglicht es, sowohl bei schnell wie auch bei langsam bewegten Ankern von elektromagnetischen Aktuatoren einen Anschlag-Zeitpunkt
Die Abtastung der Stromwerte durch einen Analog-Digital-Wandler ist so fein zu wählen, dass das Merkmal zur Erkennung des Ankeranschlags nicht verloren geht. Die Anzahl der in einem Speicher hinterlegten ADC-Werte muss entsprechend ausreichend gewählt sein. The sampling of the current values by an analog-to-digital converter is to be chosen so finely that the feature for detecting the armature stop is not lost. The number of stored ADC values in a memory must be sufficiently selected.
Die Tiefpassfilterung ist an die Hardwareeigenschaften und die Abtastfrequenz anzupassen, um Rauschen bzw. Störungen zu unterdrücken, ohne das Merkmal zur Erkennung des Ankeranschlags zu verletzten. Die Filterung kann als Software in dem Algorithmus integriert werden oder sie kann durch die Hardware bzw. Einstellungen in einem entsprechenden Mikrocontroller oder ADC realisiert sein. Das Verfahren kann beispielsweise bei einer Hubmagnetpumpe oder bei einem Hubmagnetventil eingesetzt werden. The low-pass filtering is adapted to the hardware characteristics and sampling frequency to suppress noise without harming the armature stop detection feature. The filtering can be integrated as software in the algorithm or it can be realized by the hardware or settings in a corresponding microcontroller or ADC. The method can be used for example in a solenoid or a solenoid valve.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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