DE102016205301B4

DE102016205301B4 - Verfahren und Vorrichtung zum Regeln einer elektrischen Maschine

Info

Publication number: DE102016205301B4
Application number: DE102016205301.9A
Authority: DE
Inventors: Viktor Barinberg; Dirk Hansen; Ulrich Heller
Original assignee: Wago Verwaltungs GmbH
Current assignee: Wago Verwaltungs GmbH
Priority date: 2016-03-31
Filing date: 2016-03-31
Publication date: 2024-05-02
Anticipated expiration: 2036-04-01
Also published as: DE102016205301A1; WO2017167492A1

Abstract

Verfahren zum Regeln einer elektrischen Maschine, aufweisend die folgenden Schritte:a. Bereitstellen eines momentanen Eingangssignals (So) für ein momentanes Eingangsintervall (To);b. Berechnen von Zwischenwerten (Sint) für in der Zukunft liegende Zwischenintervalle (Text) basierend auf dem momentanen Eingangssignal (So) und entweder mindestens einem in der Vergangenheit liegenden Eingangssignal (S-1) oder mindestens einem in der Vergangenheit liegenden Zwischenwert (Sint), wobei die jeweiligen Zwischenintervalle (Text) kürzer als das Eingangsintervall (To) sind;c. Bereitstellen eines folgenden Eingangssignals (S1) für ein, dem momentanen Eingangsintervall (To) folgenden Eingangsintervall (T1);d. Bestimmen, ob eine Differenz aus dem folgenden Eingangssignal (S1) und einem zeitlich zugehörigen berechneten Zwischenwert (Sint) größer ist, als ein definierter Schwellenwert;e. Verwerfen des folgenden Eingangssignals (S1) falls bestimmt wurde, dass die Differenz größer ist, als der Schwellenwert, oder Ersetzen des zeitlich zugehörigen berechneten Zwischenwerts (Sint) durch das folgende Eingangssignal (S1), falls bestimmt wurde, dass die Differenz kleiner oder gleich dem Schwellenwert ist, undf. Regeln der Maschine in einem Regelintervall (Tc) basierend auf einem für das Regelintervall (Tc) gültigen Zwischenwert (Sint), wobei das Regelintervall (Tc) länger als die jeweiligen Zwischenintervalle (Text) ist.

Description

1. Technischer Bereich
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Regeln einer elektrischen Maschine.
2. Technischer Hintergrund
Moderne elektrische Antriebe mit beispielsweise Gleichstrom-, Wechselstrom- oder Drehstrommaschinen werden mittels entsprechender elektrischer Antriebsregler geregelt. Die Antriebsregler ermöglichen es, die Drehzahl der Maschinen zu verstellen, oder auch eine Regelung der Drehzahl durchzuführen um z.B. Drehmomente zu begrenzen.
An einen Antriebsregler wird dabei häufig eine speicherprogrammierbare Steuerung (engl.: Programmable Logic Controller, PLC) angeschlossen, die eine Schnittstelle aufweist, über die ein Anwenderprogramm geladen werden kann. Viele gängige PLC-Steuerungen arbeiten zyklusorientiert, wobei das vom Hersteller fest eingespeicherte Betriebssystem die Zykluszeit vorgibt. Typische Zykluszeiten liegen dabei zwischen 1-10 ms. Bei leistungsstärkeren Modellen können die Zykluszeiten auch im Bereich von 100 µs liegen.
Ferner umfassen elektrische Antriebssysteme häufig Drehzahl- und Lagegeber. Solche Sensorsysteme erfassen die mechanischen Größen, wie Drehzahl und Lage der Maschine. Das präzise Erfassen dieser Werte ist erforderlich, um den Regler mit Ist-Werten des Zustandes der Maschine zu versorgen, und die vorhandenen entsprechenden Regelkreise zu schließen. Als Lagegeber können z.B. Resolver, Inkremental-, Sinus-Cosinus- oder EndDat-Geber verwendet werden. Der Arbeitstakt eines Sinus-Cosinus-Gebers, zum Beispiel, kann dabei typischerweise in dem Bereich von 1-62,5 µs liegen.
Der Zyklus der Ist-Wert-Erfassung hängt im Wesentlichen von dem verwendeten Sensorsystem ab. Eine Regelung kann dabei mehrere Sensoreingänge für verschiedene Sensorsysteme aufweisen, um die Maschine basierend auf den unterschiedlich erfassten Ist-Werten zu regeln. Ein analoger Sinus-Cosinus-Geber kann die entsprechenden Ist-Werte dem Antriebsregler vergleichsweise schnell zur Verfügung stellen. Digitale Sensorsysteme übertragen hingegen die Ist-Werte über serielle Schnittstellen, was eine gewisse Übertragungszeit erfordert. Weiterhin arbeitet jedes Sensorsystem typischerweise mit einer eigenen Zykluszeit, die insbesondere auch von der Schnelligkeit der internen Auswerteelektronik des Sensorsystems abhängt. Beispielsweise kann der Arbeitstakt eines beispielhaften EnDat-Positionssensors 25 µs betragen.
Die Positions-/ Drehzahl- oder Stromregelung einer elektrischen Maschine erfolgt typischerweise mithilfe eines pulsbreitenmodulierten Wechselrichters. Diese Regelung wird häufig nach der benötigten Bandbreite eingestellt. Der entsprechende Arbeitstakt kann dabei im Bereich von 15,75 - 500 µs liegen. Auch der Feldbustakt, bzw. der Takt mit dem Sollwerte an die Umrichter übergeben werden, kann individuell sein und beispielsweise zwischen 31,25 µs und 10 ms liegen.
Um die verschiedenen Takte der einzelnen Komponenten miteinander zu koppeln, wird üblicherweise eine Komponente des gesamten Systems als Master ausgewählt, welcher einen Mastertakt vorgibt. Die Zyklen der übrigen Komponenten werden daraufhin entsprechend eingestellt. Bei der Konfiguration des Mastertaktes müssen somit die Eigenschaften aller Komponenten berücksichtigt werden. Dies kann zu unerwünschten Einschränkungen führen, insbesondere wenn einzelne Komponenten nicht kontinuierlich, sondern im Start/Stopp-Betrieb arbeiten müssen, um dem Mastertakt zu folgen.
Die Druckschrift WO 2015 / 139 828 A1 betrifft ein Verfahren zur Erfassung einer zeitlich veränderlichen physikalischen Messgröße. Hierbei kann eine Abtastfrequenz höher sein als die Abtastrate in einer Steuerung. Bei dem beschriebenen Verfahren werden, basierend auf Messwerten, sogenannte Übertragungswerte durch zeitliche Extrapolation auf einen zukünftigen Zeitpunkt gebildet.
Die Druckschrift DE 10 2005 014 241 A1 betrifft ein Verfahren zum Rekonstruieren von Datenwerten eines Sensorsignals zu beliebigen Zeitpunkten insbesondere in Kraftfahrzeugen. Dabei beschreibt die Druckschrift, dass die Aktualisierung von Sensordatenwerten in einem anderen Zeitbereich als die Abholung der Datenwerte über eine digitale Schnittstelle des Steuergeräts zu einer zeitlichen Unschärfe führen kann, die auch als Jitter bezeichnet wird. Vor diesem Hintergrund schlägt die Druckschrift vor, eine Interpolation und/oder eine Extrapolation der digitalen Signalwerte für beliebige Zeitpunkte durchzuführen.
Das Paper RAMACHANDRAN, P. [et. al]: Intersample Output Estimation With Multirate Sampling. In: Proceedings of the 1996 IEEE International Conference on Control Applications, September 1996, S. 576 - 581 beschreibt verschiedene numerische Methoden zur zeitlichen Erfassung von Messwerten in Verbindung mit einem Regelkreis, wobei die Problematik unterschiedlicher Abtastfrequenzen der Steuerung einerseits und der Messwerte von Anlagen andererseits adressiert wird. Mit einer Taylor-Reihen-Entwicklung, die um einen zuletzt gemessenen Wert durchgeführt wird, sollen zukünftige Werte einer Anlage vorhergesagt werden.
Das Paper KAUTZ, T., ESKOFIER, B.: A Robust Kalman Framework with Resampling and Optimal Smoothing. In: Sensors Bd. 15, Nr. 3, Februar 2015, S. 4975 - 4995 beschreibt einen Kalman Filter, unter Annahme einer Gaußschen Verteilung der Störung von Messgrößen, insbesondere des Rauschens von Messgrößen. Der Kalman Filter soll in der Daten- und Signalverarbeitung bei z.B. nicht uniformen Abtastraten verwendet werden, die beispielsweise in der Bewegungsanalyse, in der medizinischen Bildverarbeitung, Gehirn-Computer-Schnittstellen, Roboternavigation oder bei meteorologischen Studien auftreten.
Es ist somit eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, welche eine effiziente Regelung einer elektrischen Maschine ermöglichen. Der Erfindung liegt dabei insbesondere die Aufgabe zugrunde, ein Regelungsverfahren und Vorrichtung zum Steuern einer elektrischen Maschine bereitzustellen, bei denen möglichst viele Komponenten wie z.B. Sensorsysteme unabhängig voneinander arbeiten können und insbesondere einzelne Systemtakte der Komponenten problemlos variiert werden können.
Diese und weitere Aufgaben, die aus der folgenden Beschreibung ersichtlich werden, werden durch das Verfahren gemäß Anspruch 1 und durch die Vorrichtung gemäß Anspruch 11 gelöst.
3. Inhalt der Erfindung
Die oben genannte Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Regeln einer elektrischen Maschine gemäß Anspruch 1. Prinzipiell kann mittels dieses Verfahrens jede elektrische Maschine, und insbesondere Elektromotoren und elektrische Antriebe geregelt werden. Das Verfahren umfasst dabei ein Bereitstellen eines momentanen Eingangssignals für ein momentanes Eingangsintervall. Das momentane Eingangssignal kann dabei ein von einem Sensorsystem erfasster Ist-Wert der Maschine sein, wie beispielsweise eine Ist-Lage der Maschine. Das momentane Eingangssignal kann von einem Sensorsystem oder auch von einer PLC bereitgestellt werden.
Das momentane Eingangsintervall kann dabei im Wesentlichen durch den Arbeitstakt des entsprechenden Systems definiert bzw. bestimmt sein, welches das momentane Eingangssignal bereitstellt. Wenn der Arbeitstakt des entsprechenden bereitstellenden Systems beispielsweise 40 µs beträgt, entspricht das momentane Eingangsintervall diesen 40 µs. Das Eingangssignal kann somit periodisch in 40-µs-Intervallen bereitgestellt werden, der Arbeitstakt des Sensorsystems kann also beispielsweise 25 kHz betragen. Die Zeitpunkte, zu denen zwei Eingangssignale periodisch nacheinander bereitgestellt werden, können dabei das entsprechende Eingangsintervall definieren.
Das Verfahren umfasst ferner ein Berechnen von Zwischenwerten für in der Zukunft liegende Zwischenintervalle. Die jeweiligen Zwischenintervalle sind dabei kürzer als das Eingangsintervall. Vorzugsweise ist das Eingangsintervall ein ganzzahliges Vielfaches eines Zwischenintervalls. Zum Beispiel, wenn das momentane Eingangsintervall 40 µs lang ist, werden 80 Zwischenwerte für zukünftige Zwischenintervalle berechnet, wobei die Zwischenintervalle jeweils 500 ns lang sein können und in dem Eingangsintervall liegen können.
Das Berechnen der Zwischenwerte erfolgt dabei basierend auf dem momentanen Eingangssignal, welches für das momentane Eingangsintervall bereitgestellt wurde. Ferner erfolgt das Berechnen basierend auf entweder mindestens einem in der Vergangenheit liegenden Eingangssignal oder mindestens einem in der Vergangenheit liegenden Zwischenwert. Somit wird die Berechnung basierend auf einer entsprechenden Historie der den Signalen bzw. Werten zugeordneten Daten bzw. Informationen durchgeführt, um zusammen mit dem bereitgestellten momentanen Eingangssignal Zwischenwerte für in der Zukunft liegende Zwischenintervalle zu berechnen.
Ferner umfasst das Verfahren ein Regeln der Maschine in einem Regelintervall basierend auf einem für das Regelintervall gültigen Zwischenwert. So kann eine entsprechende Regelung der Maschine beispielsweise mit einer Regelfrequenz von 4 kHz erfolgen. Dementsprechend kann die Regelung der Maschine mit einem Regelintervall von 250 µs erfolgen. Dabei kann beispielsweise eine Positions-, Drehzahl- oder Stromregelung, oder auch die Regelung einer pulsbreitenmodulierten Spannung der Maschine alle 250 µs erfolgen. Das Regelintervall ist dabei länger als die jeweiligen Zwischenintervalle. Vorzugsweise ist das Regelintervall ein ganzzahliges Vielfaches eines Zwischenintervalls. Für das Regeln der Maschine kann ein zuvor berechneter Zwischenwert verwendet werden, welcher für das Regelintervall und vorzugsweise zu Beginn des Regelintervalls gültig ist.
Mittels der Erfindung kann somit vorteilhaft jede Komponente mit einem individuellen Takt arbeiten, welcher für die jeweilige Komponente optimal ist. Der individuelle Takt ist dabei unabhängig von dem jeweiligen Takt der anderen Komponenten. Da das Berechnen von Zwischenwerten mit einem Takt erfolgt, der schneller ist als die übrigen Systemzyklen, kann zum Regeln der Maschine jederzeit auf einen Zwischenwert zurückgegriffen werden, welcher wesentlich präziser ist, als ein zeitlich zurückliegendes zuletzt bereitgestellte momentanes Eingangssignal. Es muss ferner kein Mastertakt vorgegeben werden, welcher die unterschiedlichen Komponenten des Systems koppelt. Jedes Sensorsystem kann zum Beispiel in seinem eigenen Takt oder kontinuierlich Messwerte liefern, und muss nicht im Start-/Stopp-Betrieb arbeiten. Basierend auf diesen regelmäßig bereitgestellten Messwerten werden Zwischenwerte berechnet, welche dann zum Regeln der elektrischen Maschine verwendet werden. Hierbei ist der Interpolationstakt zur Erzeugung der Zwischenwerte bevorzugt wesentlich kürzer als alle anderen Takte im System. Somit bilden die in den Interpolationstakten bzw. Zwischenintervallen berechneten Zwischenwerte ein quasikontinuierliches Informationsspektrum für die Regelung. Entsprechend erfolgt das Regeln der Maschine basierend auf einem jeweils zum Regelungszeitpunkt aktuellen Zwischenwert. Vorteilhaft können damit Ist- und Sollwerte der Regelung mit einer hohen Frequenz generiert werden, und somit quasikontinuierlich für das Regeln der Maschine verwendet werden.
Vorzugsweise umfasst das Berechnen von Zwischenwerten ein Extrapolieren zumindest eines Zwischenwertes für zumindest ein in der Zukunft liegendes Zwischenintervall. So kann basierend auf dem bereitgestellten momentanen Eingangssignal und einem oder mehreren bereitgestellten Eingangssignalen in einem oder mehreren in der Vergangenheit liegenden Eingangsintervallen ein Zwischenwert für ein in der Zukunft liegendes Zwischenintervall extrapoliert werden.
Bevorzugt erfolgt das Extrapolieren von Zwischenwerten auf der Basis einer Interpolation, die auf dem momentanen Eingangssignal und mindestens einem in der Vergangenheit liegenden Eingangssignal basiert ist.
Diese Extrapolation kann beispielsweise aufgrund einer linearen Interpolation oder einer auf einem höhergradigen Polynom basierenden Interpolation von Eingangswerten aus der Vergangenheit durchgeführt werden. Somit ist es möglich, Zwischenwerte für zumindest ein in der Zukunft liegendes Zwischenintervall schnell zu berechnen. Dadurch können mit einer kleinen Zeitrasterung viele Zwischenwerte berechnet werden, anhand derer die Maschine präzise, effizient und dynamisch geregelt werden kann.
Vorzugsweise umfasst das momentane Eingangsintervall mehrere Zwischenintervalle. Dabei wird für jedes Zwischenintervall des momentanen Eingangsintervalls ein Zwischenwert berechnet. Dabei kann das momentane Eingangsintervall vorzugsweise ein ganzzahliges Vielfaches eines Zwischenintervalls sein. Dabei sind ferner vorzugsweise die Zwischenintervalle gleich lang und haben beispielsweise jeweils eine Länge von 500 ns. Durch Berechnen von Zwischenwerten für jedes in dem momentanen Eingangssignal liegendes Zwischenintervall, können präzise Werte zum Regeln der Maschine bereitgestellt werden, welche unabhängig von dem momentanen Eingangsintervall abgerufen werden können. Wenn sich das momentane Eingangsintervall beispielsweise über 40 µs erstreckt und jedes Zwischenintervall 500 ns lang ist, kann ein Zwischenwert für jedes der 80 Zwischenintervalle berechnet werden, welche in dem momentanen Eingangsintervall liegen. Daher kann quasi zu jedem Zeitpunkt in dem Eingangsintervall ein momentan gültiger bzw. aktueller Zwischenwert zum Regeln der Maschine herangezogen werden.
Vorzugsweise ersetzt ein momentanes Eingangssignal, das in einem momentanen Zwischenintervall bereitgestellt wird, einen entsprechenden zuvor berechneten Zwischenwert für das momentane Zwischenintervall. Das Bereitstellen des momentanen Eingangssignals kann dabei in einem momentanen Zwischenintervall erfolgen, für welches zuvor bereits ein entsprechender Zwischenwert berechnet wurde. Durch Ersetzen dieses zuvor berechneten Zwischenwertes durch das momentane Eingangssignal wird der zuvor berechnete Zwischenwert auf den tatsächlichen Wert des Eingangssignals (z.B. ein aktueller, tatsächlich gemessener Wert) korrigiert. Damit wird der momentane Ist-Zustand der Maschine in dem entsprechenden momentanen Zwischenintervall so gut wie möglich beschrieben.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst ferner ein Bereitstellen eines folgenden Eingangssignals für ein folgendes Eingangsintervall, welches dem momentanen Eingangsintervall folgt. Vorzugsweise weist das Verfahren weiter ein Bestimmen auf, ob eine Differenz aus dem folgenden Eingangssignal und einem zeitlich zugehörigen berechneten Zwischenwert größer ist, als ein definierter Schwellenwert. Es wird also ein bereitgestelltes Eingangssignal mit einem entsprechenden Zwischenwert verglichen. Der entsprechende Zwischenwert wurde dabei für das Zwischenintervall berechnet, in welchem das folgende Eingangssignal bereitgestellt wird. Der Fachmann wird dabei, etwa in Abhängigkeit der Messtoleranz, einen passenden Schwellenwert wählen. Dieser kann dabei absolut oder relativ vorgegeben werden.
Falls bestimmt wurde, dass die Differenz größer ist, als der Schwellenwert, wird das folgende Eingangssignal verworfen. Die weitere Berechnung von Zwischenwerten erfolgt nun anhand des entsprechenden Zwischenwertes, und nicht anhand des folgenden Eingangssignals. Andernfalls wird, falls bestimmt wurde, dass die Differenz kleiner oder gleich dem Schwellenwert ist, der entsprechende, zeitlich zugehörige, berechnete Zwischenwert durch das folgende Eingangssignal ersetzt. Somit können auf effiziente Weise Ausreißer in dem Eingangssignal erkannt und verworfen werden, so dass diese sich nicht negativ auf die Regelung der Maschine auswirken können.
Vorzugsweise umfasst das Verfahren ferner den Schritt einer Kompensation einer Verzögerung des Eingangssignals aufgrund der Laufzeit. Die laufzeitbezogene Verzögerung im Eingangssignal, welches durch eine entsprechende Systemkomponente bereitgestellt werden kann, wird somit kompensiert. Bekannte Verzögerungen einer Systemkomponente können somit ebenfalls berücksichtigt werden, um präzise Werte zum Regeln der Maschine bereitzustellen.
Vorzugsweise umfasst das Bereitstellen des momentanen Eingangssignals ein Bereitstellen von mehreren momentanen Eingangssignalen für jeweils momentane Eingangsintervalle. Es können beispielsweise Eingangssignale von zwei verschiedenen Sensorsystemen bereitgestellt werden, wobei jedes Sensorsystem mit einer beliebigen Arbeitsfrequenz arbeiten und in unterschiedlicher Frequenz entsprechende Eingangssignale bereitstellen kann. Der jeweilige Arbeitszyklus der bereitstellenden Systeme kann dabei gleich oder verschieden voneinander sein. Vorzugsweise erfolgt das Berechnen der jeweiligen Zwischenwerte basierend auf den jeweiligen momentanen Eingangssignalen für ein gemeinsames in der Zukunft liegendes Zwischenintervall. Das gemeinsame Zwischenintervall ist dabei kürzer als die jeweiligen momentanen Eingangsintervalle. So können beispielsweise Zwischenwerte für jedes Eingangssignal mit einem gemeinsamen Extrapolationstakt bereitgestellt werden. In jedem Zwischentakt, beispielsweise in jedem 500-ns-Intervall, liegen dann entsprechend extrapolierte Zwischenwerte für die jeweiligen Eingangssignale vor. Damit kann die Regelung auf ein quasikontinuierliches Informationsspektrum zugreifen, so dass einerseits die Regelung der Maschine sehr genau ist und andererseits die Komponenten, welche die Eingangssignale bereitstellen, unabhängig voneinander operieren und problemlos an einen Antriebsregler angeschlossen werden, oder von dieser entfernt werden, ohne den Antriebsregler aufwendig neu konfigurieren zu müssen. Zu jedem Zwischentakt wird dann für jedes Eingangssignal ein entsprechender extrapolierter Zwischenwert bereitgestellt, welcher zum Regeln der Maschine verwendet werden kann.
Vorzugsweise werden, wenn mehrere Systeme oder Antriebe synchrone Aktionen ausführen sollen, die entsprechenden Sollwerte zeitgleich für die entsprechende Interpolation bereitgestellt und auf einen universellen gemeinsamen Zwischentakt interpoliert bzw. extrapoliert.
Vorzugsweise ist das Regelintervall kontinuierlich verstellbar. Beispielsweise kann somit eine Frequenz einer pulsbreitenmodulierten Regelung stufenlos verstellt bzw. herabgesetzt werden. Dadurch können zum Beispiel temporär die Verluste im Umrichter reduziert werden und entsprechend seine Leistung erhöht werden. Ein Anpassen der Arbeitszyklen oder der Funktionsweise von beispielsweise Sensorsystemen ist dabei nicht erforderlich. So kann bei genügend kurzen Zwischenintervallen die Frequenz der pulsbreitenmodulierten Regelung nahezu kontinuierlich, zumindest jedoch quasikontinuierlich verstellt werden.
Vorteilhafterweise erlaubt es die vorliegende Erfindung, dass eine Umschaltung einzelner Systemtakte jederzeit unabhängig voneinander durchgeführt werden kann. So können beispielsweise Sensoren beliebig ausgetauscht, entfernt oder hinzugefügt werden, ohne dass andere Systeme bzw. deren Arbeitstakte hierdurch beeinflusst werden. Ferner kann jedes System kontinuierlich Eingangswerte bereitstellen und muss nicht eventgesteuert arbeiten. Dadurch kann die größtmögliche und aktuellste Informationsmenge zur Regelung der Maschine bereitgestellt werden.
Vorzugsweise erfolgen das Bereitstellen von Eingangssignalen und das Regeln der Maschine periodisch. Insbesondere vorzugsweise ist jedes Zwischenintervall gleich lang.
Weiterhin wird die oben genannte Aufgabe durch eine Vorrichtung zum Regeln einer elektrischen Maschine gemäß Anspruch 10 gelöst. Die Vorrichtung umfasst dabei zumindest einen Eingang, welcher eingerichtet ist, zum Bereitstellen eines momentanen Eingangssignals für ein momentanes Eingangsintervall.
Ferner weist die Vorrichtung ein Berechnungsmodul auf, welches eingerichtet ist, zum Berechnen von Zwischenwerten für in der Zukunft liegende Zwischenintervalle. Die jeweiligen Zwischenintervalle sind dabei kürzer als das Eingangsintervall. Das Berechnen erfolgt dabei basierend auf dem momentanen Eingangssignal. Ferner erfolgt das Berechnen basierend auf mindestens einem in der Vergangenheit liegenden Eingangssignal oder mindestens einem in der Vergangenheit liegenden Zwischenwert.
Ferner umfasst die Vorrichtung ein Regelungsmodul, welches eingerichtet ist, zum Regeln der Maschine in einem Regelintervall basierend auf einem für das Regelintervall gültigen Zwischenwert. Das Regelintervall ist dabei länger als die jeweiligen Zwischenintervalle.
Vorzugsweise umfasst das Berechnungsmodul eine im Feld programmierbare Logik-Gatter-Anordnung (englisch: Field Programmable Gate Array, FPGA). Durch den Einsatz der FPGA-Technologie kann die Berechnungszeit zum Berechnen der Zwischenwerte erheblich reduziert werden. Somit können sehr kurze Zwischenintervalle verwendet werden. Damit liegt jedem Zeitpunkt, zu dem das Regelungsmodul entsprechende Daten zum Regeln der Maschine benötigt, ein entsprechender aktueller Zwischenwert vor.
Vorzugsweise ist das Berechnungsmodul zum Extrapolieren zumindest eines Zwischenwertes für zumindest ein in der Zukunft liegendes Zwischenintervall eingerichtet.
Vorzugsweise ist das Berechnungsmodul eingerichtet zum Extrapolieren von Zwischenwerten auf der Basis einer Interpolation, die auf dem momentanen Eingangssignal und mindestens einem in der Vergangenheit liegenden Eingangssignal basiert.
Erfindungsgemäß weist die Vorrichtung weiter ein Vergleichsmodul auf, welches eingerichtet ist zum Bestimmen, ob eine Differenz aus einem für ein in dem momentanen Eingangsintervall folgenden Eingangsintervall bereitgestellten folgenden Eingangssignal und einem zeitlich zugehörigen berechneten Zwischenwert größer ist, als ein definierter Schwellenwert, wobei die Vorrichtung eingerichtet ist zum Verwerfen des folgenden Eingangssignals (S₁) falls bestimmt wurde, dass die Differenz größer ist, als der Schwellenwert, oder zum Ersetzen des zeitlich zugehörigen berechneten Zwischenwerts (S_int) durch das folgende Eingangssignal (S₁), falls bestimmt wurde, dass die Differenz kleiner oder gleich dem Schwellenwert ist.
Vorzugsweise weist die Vorrichtung weiterhin ein Kompensationsmodul auf, welches eingerichtet ist, zum Durchführen einer Kompensation der Verzögerung im Eingangssignal aufgrund der Laufzeit.
Vorzugsweise weist die Vorrichtung weiterhin ein Speichermodul auf, welches eingerichtet ist, zum Bereitstellen der Zwischenwerte an das Regelungsmodul. Weiter bevorzugt werden im Speichermodul auch die Eingangssignale gespeichert, um bereitgestellt zu werden. In dem Speichermodul sind somit alle Zwischenwerte bereitgestellt. Das Regelungsmodul kann zum Regeln der Maschine in einem Regelintervall zu einem bestimmten Zeitpunkt auf das Speichermodul zugreifen, und einen momentan gültigen Zwischenwert auslesen. Das Regeln der Maschine erfolgt vorzugsweise anschließend basierend auf diesem aktuell gültigen Zwischenwert.
Vorzugsweise weist die Vorrichtung mehrere Eingänge auf, die jeweils eingerichtet sind, zum Bereitstellen von mehreren momentanen Eingangssignalen für jeweilige momentane Eingangsintervalle. Vorzugsweise berechnet dabei das Berechnungsmodul die jeweiligen Zwischenwerte basierend auf den jeweiligen momentanen Eingangssignalen für ein gemeinsames in der Zukunft liegendes Zwischenintervall. Die momentanen Eingangsintervalle können dabei gleich oder verschieden voneinander sein. Vorzugsweise ist das gemeinsame Zwischenintervall kürzer als die jeweiligen momentanen Eingangsintervalle.
Vorzugsweise ist die Vorrichtung eingerichtet, zum Durchführen eines der oben beschriebenen Verfahren zum Regeln einer elektrischen Maschine. Die Zwischenintervalle sind vorzugsweise kürzer als alle anderen Systemzyklen in dem System. Insbesondere sind die Zwischenintervalle signifikant kürzer als der kürzeste Takt aller Eingangssignale und Regelintervalle der Systemkomponenten. Dabei können die jeweiligen Zwischenintervalle kleiner als 1 ms, vorzugsweise kleiner als 1 µs, weiter vorzugsweise kleiner als 500 ns, weiter vorzugsweise kleiner als 100 ns, weiter vorzugsweise kleiner als 50 ns und am meisten bevorzugt kleiner als 10 ns sein.
Bevorzugt sind die momentanen Eingangsintervalle ganzzahlige Vielfache vom Zwischenintervall.
Bevorzugt ist das Regelintervall ein ganzzahliges Vielfaches vom Zwischenintervall.
4. Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren näher beschrieben. Dabei zeigt:

1 schematisch ein elektrisches Antriebssystem gemäß einer bevorzugten Ausführungsform;
2 schematisch den Aufbau einer Regelung des elektrischen Antriebssystems aus 1;
3 schematisch den zeitlichen Verlauf von Werten und Signalen gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform;
4 schematisch den zeitlichen Verlauf von Werten und Signalen gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform; und
5 schematisch den zeitlichen Verlauf von Werten und Signalen gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform.

5. Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
In der 1 ist schematisch der Aufbau einer bevorzugten Ausführungsform eines elektrischen Antriebsystems dargestellt. Dieses umfasst eine elektrische Maschine 30, welche beispielsweise als elektrischer Motor 30 ausgebildet sein kann. Der Motor 30 wird mittels eines Antriebsreglers 20 geregelt. Der Antriebsregler 20 wird unten unter Bezugnahme auf 2 näher beschrieben.
Der Antriebsregler 20 empfängt Signale von verschiedenen Komponenten 11, 12, 13, 14, welche beispielsweise eine übergeordnete PLC und verschiedene Sensoren bzw. Drehzahl- und Lagegeber umfassen können. Jede der Komponenten 11, 12, 13, 14 kann dabei intern mit einer eigenen, individuellen Zykluszeit arbeiten. Entsprechend diesen Zykluszeiten stellen die Komponenten 11, 12, 13, 14 Signale an entsprechende Eingänge des Antriebsreglers 20 bereit.
In diesem Beispiel arbeitet Komponente 11 mit einem 25-kHz-Takt, und stellt somit ihre Signale S^A _O in 40-µs-Intervallen T^A _O bereit, also einmal pro Takt. Komponente 12 arbeitet mit einem 50-kHz-Takt, und stellt somit in 20-µs-Intervallen T^B _o ihre Signale S^B _O bereit. Komponente 13 arbeitet mit einem 20-kHz-Takt, und stellt somit in 50-µs-Intervallen T^C _O ihre Signale S^C _O bereit. Komponente 14 arbeitet mit einem 10-kHz-Takt, und stellt somit in 100-µs-Intervallen T^D _O ihre Signale S^D _O bereit. Die Komponenten können daher jeweils mit unterschiedlichen Zykluszeiten arbeiten bzw. die Signale in jeweils unterschiedlichen Intervallen bereitstellen.
In der 2 ist der Antriebsregler 20 aus 1 schematisch dargestellt. Dieser umfasst Interpolationsmodule 211, 212, 213, 214, zur Interpolation von eingehenden Eingangssignalen To, Kompensationsmodule 221, 222, 223, 224, zur Kompensation von Laufzeitunterschieden, ein Extrapolationsmodul 230, zur Extrapolation von Zwischenwerten S_int, ein Bereitstellungsmodul 240, zum Zwischenspeichern der Zwischenwerte S_int und ein Regelungsmodul 250, zur Ansteuerung des elektrischen Motors 30.
Die Regelung des Motors 30 erfolgt dabei mittels des Regelungsmoduls 250, das auch eine Endstufe bzw. einen Wechselrichter zum Ansteuern der elektrischen Maschine 30 enthält. Das Taktsystem des Regelungsmoduls 250 arbeitet in dem vorliegenden Beispiel mit einem 4-KHz-Takt, so dass ein Regelintervall von T, = 250 µs vorliegt. Das Regelungsmodul 250 kann selbstverständlich auch mit einer anderen Zykluszeit arbeiten.
Aufgrund der Takte TA-DO bzw. Zykluszeiten der Komponenten 11, 12, 13, 14 und des Regelungsmoduls 250 kann der Fall eintreten, dass zu Beginn eines Regelintervalls Tc noch keine aktuellen, präzisen Werte SA-DO von den Komponenten 11, 12, 13, 14 vorliegen, sondern nur veraltete Werte SA-D-1. Dieses Problem wird durch die vorliegende Erfindung gelöst.
Zum Regeln der Maschine 30 werden von den Komponenten 11, 12, 13, 14 Eingangssignale SA-Do an den Antriebsregler 20 bereitgestellt, wobei dies, wie oben beschrieben, mit unterschiedlichen Takten erfolgen kann. Die Komponente 11 stellt dabei alle 40 µs ein momentanes Eingangssignal SAO an den Antriebsregler 20 bereit. Das Eingangssignal wird dem Interpolationsmodul 211 zugeführt, wo aufgrund seines momentanen bereitgestellten Wertes So und mindestens einem seiner Werte aus der Vergangenheit SA-1 eine Interpolationsfunktion, beispielsweise ein Interpolationspolynom, festgelegt wird. Dabei wird eine lineare Interpolation bevorzugt, die außer dem momentanen bereitgestellten Eingangssignal nur das von der Komponente 11 einen Takt davor bereitgestellte Eingangssignal benötigt. Selbstverständlich sind auch andere Interpolationsverfahren möglich, beispielsweise eine exponentielle oder logarithmische Extrapolation.
Anschließend wird in einem Kompensationsmodul 221 die Verzögerung der Signale aufgrund der Leitungslänge bzw. der Laufzeit kompensiert. Im Kompensationsmodul 221 können auch andere bekannten Verzögerungen der Komponente 11 kompensiert werden.
Gleichermaßen werden auch die von den Komponenten 12, 13, 14 bereitgestellten Eingangssignale jeweils mittels des entsprechenden Interpolationsmodule 212, 213, 214 und Kompensationsmodule 222, 223, 224 auf gleicher Weise bearbeitet, wie das von der Komponente 11 bereitgestellte Eingangssignal.
Anschließend werden die Eingangssignale, deren Laufzeitverzögerungen bereits kompensiert sind und deren Interpolationsfunktionen bereits bekannt sind, einem Extrapolationsmodul 230 übergeben. Mittels dieses Extrapolationsmoduls 230 werden die Signale der einzelnen Komponenten 11, 12, 13, 14 auf einen gemeinsamen Zwischentakt extrapoliert, beispielsweise mit einer gemeinsamen Zwischentaktfrequenz von 2 MHz, so dass ein entsprechendes Zwischenintervall 500 ns beträgt. Der Verlauf der Extrapolation wird nachfolgend unter Bezugnahme auf 3 näher beschrieben. Anschließend werden die extrapolierten Zwischenwerte S^A-D _ext an ein Bereitstellungsmodul 240 ausgegeben, wobei alle Bus- bzw. Systemlaufzeiten berücksichtigt und korrigiert sind. Das Bereitstellungsmodul kann dabei als Datenspeichermodul ausgeführt sein und die extrapolierten Zwischenwerte S^A-D _ext an das Regelungsmodul 250 bereitstellen. Der Zwischentakt des Extrapolationsmoduls 230 ist dabei erfindungsgemäß schneller als alle anderen Systemzyklen. Insbesondere ist der Zwischentakt schneller als der Regeltakt des Regelungsmoduls 250. Damit stellt das Bereitstellungsmodul quasikontinuierlich stets in jedem Zwischenintervallaktuelle Zwischenwerte der Regelung der elektrischen Maschine zur Verfügung.
Das Regelungsmodul 250 greift periodisch auf das Bereitstellungsmodul 240 zu, und kann quasi jederzeit aktuelle Zwischenwerte von dem Bereitstellungsmodul 240 entnehmen. Das Regelungsmodul 250 kann somit unabhängig von den individuellen Eingangsintervallen bzw. Zyklen der Komponenten 11, 12, 13, 14 den Motor 30 steuern bzw. regeln.
Der Fachmann versteht, dass nicht bei jedem Eingangssignal die Laufzeit kompensiert werden muss. Wesentlich ist, dass die Eingänge auf einen gemeinsamen Zwischentakt extrapoliert werden, sodass dem Regelungsmodul 250 quasikontinuierlich Ist- und/oder Sollwerte zur Regelung des Motors 30 bereitgestellt werden. Ferner können bestimmte Module der Vorrichtung in einem Modul zusammengefasst oder anderweitig kombiniert werden. Beispielsweise können die Kompensationsmodule 221, 222, 223, 224 als Bestandteile des Extrapolationsmoduls 230 implementiert werden, oder die Interpolationsmodule 211, 212, 213, 214 mit den Kompensationsmodulen 221, 222, 223, 224 und dem Interpolationsmodul 230 gemeinsam als Berechnungsmodul im Sinne der vorliegenden Erfindung implementiert werden.
3 zeigt schematisch den zeitlichen Verlauf von Eingangssignalen und Zwischenwerten gemäß einer Ausführungsform. Zum Zeitpunkt t_o wird ein momentanes Eingangssignal S_o für ein momentanes Eingangsintervall T_o bereitgestellt. Die Länge des Eingangsintervalls ist dabei abhängig von der jeweiligen signalbereitstellenden Komponente. Die Komponente, wie z.B. ein Sensor, stellt periodisch Eingangssignale S_o, S₁, S₂, etc. bereit, und zwar zu den Zeitpunkten t_o, t₁, t₂, etc., wodurch die Länge eines Eingangsintervalls als T_o= t₁ - t_o, T₁= t₂ - t₁, etc. definiert ist.
In dem dargestellten Beispiel umfasst ein Eingangsintervall drei Zwischenintervalle bzw. Extrapolationsintervalle T_ext. Die Zwischenintervalle T_ext sind dabei gleich lang, und können z.B. eine zeitliche Länge von 500 ns haben.
Basierend auf dem momentanen Eingangssignal S_o und einem in der Vergangenheit liegenden Eingangssignal S_-1, welches zum Zeitpunkt t_-1 für das vorherige Eingangsintervall T_-1 bereitgestellt wurde, wird beispielsweise mittels linearer Interpolation ein Interpolationspolynom ersten Grades gebildet wie folgt: $S_{int, o, k} = S_{o} + [(S_{o} - S_{- 1}) / T] Δ t,$
mit Δt = t - t_o, wobei t laufende Zeit ist.
Anschließend werden im Extrapolationsmodul 230 für die Zeitpunkte t_o,1, t_o,2 und t₁ entsprechende Zwischenwerte S_int,o,1, S_int,o,2 und S_int,o,3 berechnet bzw. extrapoliert, indem in dem obigen Polynom Δt = T_extk mit k =_1,2,3 verwendet wird.
Zum Regeln der elektrischen Maschine 30, beispielsweise mit dem Regelungsmodul 250 aus 2, greift dieses beispielsweise während des Zwischenintervalls t_o,2<t<t₁ auf das Bereitstellungsmodul 240 zu, und liest den entsprechenden, aktuell gültige Zwischenwert S_int,o,2 aus. Anschließend wird basierend auf diesem Zwischenwert S_int,o,2 die Maschine geregelt.
Zum Zeitpunkt t₁ wird ein neues, beispielsweise gemessenes Eingangssignal S₁ bereitgestellt, und ersetzt den entsprechenden, zuvor berechneten Zwischenwert S_int,o,3. Anschließend erfolgt erneut ein Extrapolieren des Zwischenwertes S_int,1,1, S_int,1,2 und S_int,1,3 für die Zwischenintervalle t_1,1<t<t_1,2 und t₂<t<t_1,2.
Die 4 zeigt eine ähnliche Situation wie die 3. Ausgehend von dem Wert S_o, der zum Zeitpunkt t_o für das Eingangsintervall T_o bereitgestellt wird, und einem oder mehreren in der Vergangenheit liegenden Werten (in 3 nicht gezeigt), werden unter Anwendung einer Interpolation drei extrapolierte Werte S_int,o,1, S_int,o,2 und S_int,o,3 berechnet. Die Werte S_int,o,1, S_int,o,2 sind für die Zeitpunkte t_o,1 und t_0,2 und dann für die entsprechenden Zwischenintervalle t₀,₁<t<t_0,2 und t_o,2<t<t₁ gültig. Zum Zeitpunkt t₁ wird ein neues Eingangssignal S₁ für ein folgendes Eingangsintervall T₁ bereitgestellt. Dieses neue Eingangssignal S₁ stimmt jedoch nicht mit dem extrapolierten Wert S_int,3,o überein. Daher wird der extrapolierten Wert S_int,3,o auf den Wert des neuen Eingangssignals S₁ korrigiert. Für die Regelung der Maschine wird somit für das Zwischenintervall t₁<t<t_1,1 der Regeleinheit 250 korrigierte Wert S₁ bereitgestellt. Eine nachfolgende Berechnung, z.B. des Zwischenwertes S_int,1,1, basiert dann ebenfalls auf dem korrigierten Wert S₁.
5 zeigt eine ähnliche Situation wie die 3 und 4. Zum Zeitpunkt t₁ wird ein Eingangssignal S₁ für das Eingangsintervall T₁ bereitgestellt, und mittels Interpolation werden für die Zeitpunkte t_1,1, t_1,2 (bzw. für die Zwischenintervalle t_1,1<t<t_1,2 und t_1,2<t<t₂ ) die Zwischenwerte S_int,1,1 und S_int,1,2 berechnet. Ebenso wird ein extrapolierter Wert S_int,1,3 für den Zeitpunkt t₂ berechnet. Zum Zeitpunkt t₂ wird ein neues Eingangssignal S₂ bereitgestellt. Dieses Eingangssignal S₂ weicht jedoch deutlich von dem entsprechenden, aktuell gültigen, berechneten Zwischenwert S_int,1,3 ab. Durch einen Vergleich einer Differenz aus dem neuen Eingangssignal S₂ und dem zeitlich zugehörigen berechneten Zwischenwert S_int,1,3 mit einem definierten Schwellenwert wird erkannt, dass das bereitgestellte neue Eingangssignal S₂ ein statistischer Ausreißer ist bzw. mit großer Wahrscheinlichkeit ein fehlerhafte Eingangssignal ist. Als Schwellenwert kann beispielsweise eine absolute Differenz oder eine relative Änderung zwischen dem bereitgestellten Eingangssignal und dem hochgerechneten Zwischenwert verwendet werden.
Die folgende Berechnung von Zwischenwerten mittels Interpolation und Extrapolation, etwa des Zwischenwertes S_int,2,1, erfolgt nun unter Verwendung des Zwischenwertes S_int,3,o. Das neue, als fehlerhaft erkannte Eingangssignal S₂ wird verworfen.
Der Fachmann versteht, dass die unter Bezugnahme auf 3 bis 5 beschriebenen Verfahren einzeln oder in Kombination in dem Antriebsregler 20 aus 2 implementiert werden können. Zu jedem Zeitpunkt kann eine elektrische Maschine 3 dabei basierend auf einem entsprechenden Zwischenwert S_int, unabhängig vom Arbeitstakt der signalbereitstellenden Komponenten geregelt werden. Der Antriebsregler 20 kann dazu um weitere Module ergänzt werden, um entsprechende Schritte durchzuführen.
Bezugszeichenliste:

11, 12, 13, 14: Komponente
20: Antriebsregler
30: Motor
211, 212, 213, 214: Interpolationsmodul
221, 222, 223, 224: Kompensationsmodul
230: Extrapolationsmodul
240: Bereitstellungsmodul
250: Regelungsmodul

Claims

Verfahren zum Regeln einer elektrischen Maschine, aufweisend die folgenden Schritte: a. Bereitstellen eines momentanen Eingangssignals (S_o) für ein momentanes Eingangsintervall (T_o); b. Berechnen von Zwischenwerten (S_int) für in der Zukunft liegende Zwischenintervalle (T_ext) basierend auf dem momentanen Eingangssignal (S_o) und entweder mindestens einem in der Vergangenheit liegenden Eingangssignal (S_-1) oder mindestens einem in der Vergangenheit liegenden Zwischenwert (S_int), wobei die jeweiligen Zwischenintervalle (T_ext) kürzer als das Eingangsintervall (T_o) sind; c. Bereitstellen eines folgenden Eingangssignals (S₁) für ein, dem momentanen Eingangsintervall (T_o) folgenden Eingangsintervall (T₁); d. Bestimmen, ob eine Differenz aus dem folgenden Eingangssignal (S₁) und einem zeitlich zugehörigen berechneten Zwischenwert (S_int) größer ist, als ein definierter Schwellenwert; e. Verwerfen des folgenden Eingangssignals (S₁) falls bestimmt wurde, dass die Differenz größer ist, als der Schwellenwert, oder Ersetzen des zeitlich zugehörigen berechneten Zwischenwerts (S_int) durch das folgende Eingangssignal (S₁), falls bestimmt wurde, dass die Differenz kleiner oder gleich dem Schwellenwert ist, und f. Regeln der Maschine in einem Regelintervall (T_c) basierend auf einem für das Regelintervall (T_c) gültigen Zwischenwert (S_int), wobei das Regelintervall (T_c) länger als die jeweiligen Zwischenintervalle (T_ext) ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Berechnen von Zwischenwerten (S_int) ein Extrapolieren zumindest eines Zwischenwertes (S_int) für zumindest ein in der Zukunft liegendes Zwischenintervall (T_ext) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Extrapolieren von Zwischenwerten (S_int) auf der Basis einer Interpolation erfolgt, die auf dem momentanen Eingangssignal (S_o) und mindestens einem in der Vergangenheit liegenden Eingangssignal (S_-1) basiert ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, wobei das momentane Eingangsintervall (T_o) mehrere Zwischenintervalle (T_ext) umfasst, und wobei für jedes Zwischenintervall (T_ext) des momentanen Eingangsintervalls (T_o) ein Zwischenwert (S_int) berechnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, wobei ein momentanes Eingangssignal (S_o), das in einem momentanen Zwischenintervall (T_ext) bereitgestellt wird, einen entsprechenden zuvor berechneten Zwischenwert (S_int) für das momentane Zwischenintervall (T_ext) ersetzt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1-5, weiter aufweisend den Schritt einer Kompensation einer Verzögerung des Eingangssignals aufgrund der Laufzeit.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1-6, wobei das Bereitstellen des momentanen Eingangssignals (S_o) ein Bereitstellen von mehreren momentanen Eingangssignalen (S^A _O, S^B _O) für jeweilige momentane Eingangsintervalle (T^A _O, T^B _O) umfasst, wobei das Berechnen der jeweiligen Zwischenwerte (S^A _int, S^B _int) basierend auf den jeweiligen momentanen Eingangssignalen (S^A _O, S^B _O) für ein gemeinsames in der Zukunft liegendes Zwischenintervall (T_ext) erfolgt, wobei die momentanen Eingangsintervalle (T^A _O, T^B _O) gleich oder verschieden voneinander sein können, und wobei das gemeinsame Zwischenintervall (T_ext) kürzer als die jeweiligen momentanen Eingangsintervalle (T^A _O, T^B _O) ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1-7, wobei das Regelintervall (T_c) kontinuierlich verstellbar ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1-8, wobei das Bereitstellen von Eingangssignalen und das Regeln der Maschine periodisch erfolgen.
Vorrichtung zum Regeln einer elektrischen Maschine, aufweisend: a. Zumindest einen Eingang, eingerichtet zum Bereitstellen eines momentanen Eingangssignals (S_o) für ein momentanes Eingangsintervall (T_o); b. ein Berechnungsmodul, eingerichtet zum Berechnen von Zwischenwerten (S_int) für in der Zukunft liegende Zwischenintervalle (T_ext) basierend auf dem momentanen Eingangssignal (So) und mindestens einem in der Vergangenheit liegenden Eingangssignal (S_-1) oder mindestens einem in der Vergangenheit liegenden Zwischenwert (S_int), wobei die jeweiligen Zwischenintervalle (T_ext) kürzer als das Eingangsintervall (T_o) sind; c. ein Vergleichsmodul, eingerichtet zum Bestimmen, ob eine Differenz aus einem für ein dem momentanen Eingangsintervall (T_o) folgenden Eingangsintervall (T₁) bereitgestellten folgenden Eingangssignal (S₁) und einem zeitlich zugehörigen berechneten Zwischenwert (S_int) größer ist, als ein definierter Schwellenwert; wobei die Vorrichtung eingerichtet ist zum Verwerfen des folgenden Eingangssignals (S₁) falls bestimmt wurde, dass die Differenz größer ist, als der Schwellenwert, oder zum Ersetzen des zeitlich zugehörigen berechneten Zwischenwerts (S_int) durch das folgende Eingangssignal (S₁), falls bestimmt wurde, dass die Differenz kleiner oder gleich dem Schwellenwert ist; die Vorrichtung ferner aufweisend: d. ein Regelungsmodul (250), eingerichtet zum Regeln der Maschine in einem Regelintervall (T_c) basierend auf einem für das Regelintervall (T_c) gültigen Zwischenwert (S_int), wobei das Regelintervall (T_c) länger als die jeweiligen Zwischenintervalle (T_ext) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei das Berechnungsmodul ein FPGA umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, wobei das Berechnungsmodul eingerichtet ist zum Extrapolieren zumindest eines Zwischenwertes (S_int) für zumindest ein in der Zukunft liegendes Zwischenintervall (T_ext).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10-12, wobei das Berechnungsmodul eingerichtet ist zum Extrapolieren von Zwischenwerten (S_int) aufgrund einer Interpolation, die auf dem momentanen Eingangssignal (S_o) und mindestens einem in der Vergangenheit liegenden Eingangssignal (S_-1) basiert ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10-13, weiter aufweisend ein Kompensationsmodul, eingerichtet zum Durchführen einer Kompensation einer Verzögerung im Eingangssignal aufgrund der Laufzeit.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10-14, weiter aufweisend ein Bereitstellungsmodul (240), eingerichtet zum Bereitstellen der Zwischenwerte (S_int) an das Regelungsmodul (250).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10-15, wobei die Vorrichtung mehrere Eingänge aufweist, die jeweils eingerichtet sind zum Bereitstellen von mehreren momentanen Eingangssignalen (S^A _O, S^B _O) für jeweilige momentane Eingangsintervalle (T^A _O, T^B _O), wobei das Berechnungsmodul die jeweiligen Zwischenwerte (S^A _int, S^B _int) basierend auf den jeweiligen momentanen Eingangssignalen (S^A _O, S^B _O) für ein gemeinsames in der Zukunft liegendes Zwischenintervall (T_ext) berechnet, wobei die momentanen Eingangsintervalle (T^A _O, T^B _O) gleich oder verschieden voneinander sein können, und wobei das gemeinsame Zwischenintervall (T_ext) kürzer als die jeweiligen momentanen Eingangsintervalle (T^A _O, T^B _O) ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10-16, wobei die Vorrichtung eingerichtet ist ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1-9 durchzuführen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1-9 oder Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10-17, wobei die jeweiligen Zwischenintervalle (T_ext) kleiner als 1 ms, vorzugsweise kleiner als 1 µs, weiter vorzugsweise kleiner als 500 ns, weiter vorzugsweise kleiner als 100 ns, weiter vorzugsweise kleiner als 50 ns, und am meisten bevorzugt kleiner als 10 ns sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1-9 oder Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10-17, wobei die momentanen Eingangsintervalle (T^A _O, T^B _O) ganzzahlige Vielfache vom Zwischenintervall (T_ext) sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1-9 oder Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10-17, wobei das Regelintervall (T_c) ein ganzzahliges Vielfaches vom Zwischenintervall (T_ext) ist.