DE102016209385A1 - Method for controlling a hydraulic pressure limiting valve, sliding mode controller and method for setting a setting law and a switching function - Google Patents

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Ingo Glowatzky
Torsten Bertram
Christoph Krimpmann
Daniel Schlattmann
Georg Schoppel
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln eines hydraulisches Druckbegrenzungsventil mittels eines Sliding-Mode-Reglers (200) mit einer Schaltfunktion (s) und einem Stellgesetz (us), wobei als Regelgröße des Sliding-Mode-Reglers ein Druckabfall über das Druckbegrenzungsventil verwendet wird, wobei als eine Schaltfunktion (s) eine Funktion einer Differenz (e) zwischen einem Istwert (P) und einem Sollwert (Pref) des Druckabfalls und deren zeitlichen Ableitungen bis wenigstens erster Ordnung verwendet wird, wobei mittels des Stellgesetzes (us) ein Wert für eine Stellgröße (u) des Sliding-Mode-Reglers (200) als Funktion eines Werts der Schaltfunktion (s) vorgegeben wird, und wobei der Druckabfall durch Vorgabe des Wertes beeinflusst wird, sowie einen solchen Sliding-Mode-Regler (200) und Verfahren zum Einstellen eines solchen Stellgesetzes und einer solchen Schaltfunktion.The invention relates to a method for controlling a hydraulic pressure relief valve by means of a sliding mode controller (200) having a switching function (s) and a setting law (u s ), wherein a pressure drop across the pressure relief valve is used as a controlled variable of the sliding mode controller in which a function of a difference (e) between an actual value (P) and a setpoint value (P ref ) of the pressure drop and its time derivatives up to at least first order is used as a switching function (s), wherein by means of the setting law (u s ) a Value for a manipulated variable (u) of the sliding mode controller (200) is given as a function of a value of the switching function (s), and wherein the pressure drop is influenced by specifying the value, and such a sliding mode controller (200) and methods for adjusting such a law of law and such a switching function.

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Figure DE102016209385A1_0001

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln eines hydraulischen Druckbegrenzungsventils mittels eines Sliding-Mode-Reglers mit einer Schaltfunktion und einem Stellgesetz, einen solchen Sliding-Mode-Regler, eine Verwendung eines solchen Sliding-Mode-Reglers, ein Verfahren zum Einstellen eines Stellgesetzes für einen solchen Sliding-Mode-Regler sowie ein Verfahren zum Einstellen einer Schaltfunktion für einen solchen Sliding-Mode-Regler.The present invention relates to a method for controlling a hydraulic pressure relief valve by means of a sliding-mode controller with a switching function and a law, such a sliding-mode controller, a use of such a sliding-mode controller, a method for setting a setting law for Such a sliding-mode controller and a method for setting a switching function for such a sliding-mode controller.

Stand der TechnikState of the art

Eine Regelung von hydraulischen Ventilen, wie bspw. hydraulischen Wegeventilen oder hydraulischen Druckbegrenzungsventilen, ist aufgrund technischer sowie nichttechnischer Anforderungen eine anspruchsvolle Aufgabe. Hydraulische Druckbegrenzungsventile werden bspw. verwendet, um einen Druck eines Fluids in einem hydraulischen System zu regulieren. Hier wird ein Kolben zunächst bspw. durch einen Elektromagneten in einer Position gehalten, d. h. in einen Ventilsitz gedrückt.A regulation of hydraulic valves, such as hydraulic directional valves or hydraulic pressure relief valves, is a challenging task due to technical and non-technical requirements. Hydraulic pressure relief valves are used, for example, to regulate a pressure of a fluid in a hydraulic system. Here, a piston is first held, for example. By an electromagnet in a position, d. H. pressed into a valve seat.

Durch den Elektromagnet wird dabei durch geeignete Bestromung eine Kraft auf den Kolben ausgeübt. Sobald nun der Druck des Fluids diese Kraft überwinden kann, öffnet das Ventil und das Fluid kann durch das Ventil fließen. Oftmals werden solche Druckbegrenzungsventile gar nicht geregelt sondern lediglich durch Vorgabe eines Stroms für den Elektromagneten gesteuert.By the electromagnet, a force is exerted on the piston by suitable energization. As soon as the pressure of the fluid can overcome this force, the valve opens and the fluid can flow through the valve. Often, such pressure relief valves are not regulated but only controlled by specifying a current for the electromagnet.

Bei Verwendung einer Regelung, um einen Druckabfall über das Druckbegrenzungsventil möglichst konstant zu halten, kann herkömmlicherweise bspw. auf einen PI-Regler zurückgegriffen werden, wie sie für hydraulische Ventile üblich sind. Allerdings treten hierbei in der Regel Nichtlinearitäten auf, die eine Reihe zusätzlicher Parameter erzeugen, die typischerweise im Rahmen eines Reglerentwurfs manuell ausgelegt werden.When using a scheme to keep a pressure drop across the pressure relief valve as constant as possible, can be used, for example, on a PI controller, as they are customary for hydraulic valves, for example. However, nonlinearities typically occur which produce a number of additional parameters that are typically designed manually as part of a controller design.

Aus der nicht vorveröffentlichen DE 10 2015 204 258 ist bspw. ein sog. Sliding-Mode-Regler bekannt, mit dem ein hydraulisches Wegeventil geregelt werden kann. Bei einem Sliding-Mode-Regler handelt es sich um einen Zustandsregler, der invariant gegenüber Parameterunsicherheiten eines Streckenmodells ist bzw. auch ohne ein Streckenmodell angewendet werden kann. Eine Stellgröße der Regelung wird dabei in Abhängigkeit von einem Wert einer sog. Schaltfunktion gemäß einem sog. Stellgesetz, vorgegeben.From the not pre-published DE 10 2015 204 258 For example, a so-called sliding-mode controller is known with which a hydraulic directional control valve can be regulated. A sliding-mode controller is a state controller which is invariant with respect to parameter uncertainties of a system model or can also be used without a system model. A manipulated variable of the control is specified as a function of a value of a so-called switching function in accordance with a so-called actuating law.

Es ist daher wünschenswert, eine Möglichkeit für eine einfache und/oder schnelle Regelung eines hydraulischen Druckbegrenzungsventils anzugeben.It is therefore desirable to provide a possibility for a simple and / or rapid control of a hydraulic pressure relief valve.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zum Regeln eines hydraulischen Druckbegrenzungsventils, ein Sliding-Mode-Regler, eine Verwendung eines solchen Sliding-Mode-Reglers, ein Verfahren zum Einstellen eines Stellgesetzes und einer Schaltfunktion für einen solchen Sliding-Mode-Regler sowie eine Recheneinheit zur Durchführung der Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.According to the invention, a method for controlling a hydraulic pressure limiting valve, a sliding mode controller, a use of such a sliding mode controller, a method for setting a setting law and a switching function for such a sliding mode controller and a computing unit for performing the Method proposed by the features of the independent claims. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims and the following description.

Ein erstes erfindungsgemäßes Verfahren dient zum Regeln eines hydraulischen Druckbegrenzungsventils mittels eines Sliding-Mode-Reglers mit einer Schaltfunktion und einem Stellgesetz. Als Regelgröße des Sliding-Mode-Reglers wird dabei ein Druckabfall über das Druckbegrenzungsventil verwendet, wobei als eine Schaltfunktion eine Funktion einer Differenz zwischen einem Istwert und einem Sollwert des Druckabfalls, also einer Regelabweichung, und deren zeitlichen Ableitungen bis wenigstens erster Ordnung verwendet wird. Insbesondere wird dabei die zeitliche Ableitung auch nur der ersten Ordnung verwendet, da dies für ein hydraulisches Druckbegrenzungsventil ausreichend ist, während hingegen für ein hydraulisches Wegeventil bspw. auch die zeitliche Ableitung zweiter Ordnung zweckmäßig wäre. Mittels des Stellgesetzes wird dabei ein Wert für eine Stellgröße des Sliding-Mode-Reglers als Funktion eines Werts der Schaltfunktion vorgegeben und die Differenz wird dann durch Vorgabe des Wertes beeinflusst.A first method according to the invention serves to regulate a hydraulic pressure limiting valve by means of a sliding mode controller with a switching function and a setting law. As a control variable of the sliding-mode controller while a pressure drop across the pressure relief valve is used, being used as a switching function, a function of a difference between an actual value and a target value of the pressure drop, ie a control deviation, and their time derivatives to at least first order. In particular, the time derivative is only used in the first order, since this is sufficient for a hydraulic pressure relief valve, whereas for a hydraulic directional control valve, for example, the time derivative of second order would be appropriate. By means of the actuating law, a value for a manipulated variable of the sliding mode controller is specified as a function of a value of the switching function and the difference is then influenced by specifying the value.

Eine Auslegung von Zustandsreglern erfolgt in der Regel anhand eines Streckenmodells. Da allerdings aus Sicht der Regelungstechnik kein ausreichendes Modell für bspw. ein hydraulisches Druckbegrenzungsventil existiert oder zumindest nur mit nicht unerheblichem, d. h. in der Praxis zu großem Aufwand ermittelt werden kann, sind in diesem Fall üblicherweise nur strukturvariable Regler oder manuell optimierte PI-Regler, wie bspw. oben erwähnt, anwendbar. Die zu dieser Klasse zählenden Gleitzustandsregler bzw. Sliding-Mode-Regler zeichnen sich dadurch aus, dass sie invariant gegenüber Parameterunsicherheiten eines Streckenmodells sind bzw. auch ohne ein Streckenmodell angewendet werden können.An interpretation of state controllers is usually based on a plant model. Since, however, from the point of view of control engineering, there is no adequate model for, for example, a hydraulic pressure limiting valve, or at least only with a not insignificant, d. H. In practice, only structurally variable controllers or manually optimized PI controllers, such as those mentioned above, can be used in this case. The sliding state controllers or sliding mode controllers belonging to this class are distinguished by the fact that they are invariant with respect to parameter uncertainties of a system model or can also be used without a system model.

Einem Sliding-Mode-Regler liegt eine Schaltfunktion zugrunde, welche eine gewichtete Summe über Zustände des zu regelnden Systems, hier des Druckbegrenzungsventils, darstellt. Bei den Zuständen kann es sich, basierend auf der Annahme, dass sich die Regelstrecke in einer Regelungsnormalform beschreiben lässt, bspw. um eine Größe wie bspw. eine Position oder einen Regelfehler dieser Position sowie deren Zeitableitungen handeln. Im vorliegenden Fall wird als Regelgröße jedoch ein Druckabfall, und als Regelabweichung somit eine Differenz zwischen einem Istwert und einem Sollwert des Druckabfalls über das Druckbegrenzungsventil verwendet. Bei der zeitlichen Ableitung erster Ordnung handelt es sich somit um eine zeitliche Änderung dieser Differenz.A sliding mode controller is based on a switching function, which represents a weighted sum over states of the system to be controlled, in this case the pressure limiting valve. The states may be based on the assumption that the controlled system can be described in a regulatory normal form, for example by a variable such as, for example, a position or a control error of this position and their time derivatives act. In the present case, however, a pressure drop is used as the controlled variable, and thus as a deviation, a difference between an actual value and a desired value of the pressure drop across the pressure relief valve. The time derivative of the first order is therefore a change over time of this difference.

Mit der Schaltfunktion wird somit ein Zusammenhang zwischen den einzelnen Zustandsgrößen hergestellt. Die sog. Schaltebene, die einer Hyperebene im Zustandsraum entspricht, die durch den Wert Null der Schaltfunktion definiert ist, repräsentiert dabei eine lineare Differentialgleichung in homogener Form. Dabei werden die Koeffizienten der genannten Differentialgleichung je nach gewünschter Dynamik des zu regelnden Systems bzw. der Regelgröße gewählt. Bspw. kann bei einer Differentialgleichung, die eine veränderliche Position beschreibt, eine gewünschte Dämpfung der Bewegung vorgegeben werden, welche sich im Koeffizienten der Geschwindigkeit, d. h. der ersten Zeitableitung der Position, niederschlägt. Im vorliegenden Fall mit einem veränderlichen Druckabfall kann bspw. eine gewünschte Geschwindigkeit, mit der sich der Druckabfall verändert, vorgegeben werden. Während der Druckabfall über geeignete Sensoren erfasst werden kann, kann dessen zeitliche Ableitung bspw. durch geeignete Filtertechniken ermittelt werden, durch die ein Sensorrauschen nicht mit abgeleitet wird.The switching function thus establishes a relationship between the individual state variables. The so-called switching level, which corresponds to a hyperplane in the state space, which is defined by the value zero of the switching function, thereby represents a linear differential equation in a homogeneous form. The coefficients of said differential equation are selected depending on the desired dynamics of the system to be controlled or the controlled variable. For example. For example, given a differential equation describing a variable position, a desired damping of the motion may be given which varies in the coefficient of velocity, i. H. the first time derivative of the position, precipitates. In the present case with a variable pressure drop, for example, a desired speed with which the pressure drop changes, can be specified. While the pressure drop can be detected by suitable sensors, its time derivative can be determined, for example, by suitable filter techniques, by which a sensor noise is not derived.

Bei einer Sliding-Mode-Regelung wird nun versucht, den Wert dieser Schaltfunktion auf Null zu verändern und dort zu halten. Damit würde bei der Regelung das System der gewünschten Dynamik folgen. Eine Stellgröße, bei welcher es sich im Falle eines hydraulischen Ventils bspw. um einen Strom in einem Elektromagneten handeln kann, kann dann in Abhängigkeit von dem aktuellen Wert der Schaltfunktion eingestellt werden, so dass sich der Wert der Schaltfunktion unter dem Einfluss der Stellgröße auf das System bzw. den Regelfehler in Richtung Null bewegt. Unter idealen Bedingungen könnte dabei ein konstanter Betrag für die Stellgröße, je nach Vorzeichen der Schaltfunktion positiv oder negativ, gewählt werden. Eine solche Abhängigkeit der Stellgröße vom Wert der Schaltfunktion wird dabei auch als Stellgesetz bezeichnet.With a sliding-mode control, an attempt is now made to change the value of this switching function to zero and to hold it there. Thus, in the scheme, the system would follow the desired dynamics. A manipulated variable, which may be, for example, a current in an electromagnet in the case of a hydraulic valve, can then be set as a function of the current value of the switching function, so that the value of the switching function under the influence of the manipulated variable on the System or the control error moves towards zero. Under ideal conditions, a constant amount for the manipulated variable could be selected depending on the sign of the switching function positive or negative. Such a dependence of the manipulated variable on the value of the switching function is also referred to as an actuating law.

Hierbei sei erwähnt, dass bei einem solchen, zu regelnden Druckbegrenzungsventil dem Sliding-Mode-Regler auch noch ein weiterer Regler unterlagert sein kann, der in Bezug auf den Sliding-Mode-Regler als gegeben bzw. nicht veränderbar angenommen werden kann und an den dann die Stellgröße als Sollwert übergeben werden kann. Falls bspw. eine Strom-Regelung unterlagert ist, dann kann die Stellgröße des Sliding-Mode-Reglers ein Sollwert des Stroms sein, der dann dem unterlagerten Strom-Regler übergeben wird. Ohne unterlagerten Regler kann die Stellgröße direkt verwendet werden.It should be noted that in such, to be controlled pressure relief valve, the sliding mode controller can also be subordinated to another controller, which can be assumed with respect to the sliding-mode controller as given or not changeable and then to the the manipulated variable can be transferred as setpoint. If, for example, a current control is underlain, then the manipulated variable of the sliding-mode controller may be a desired value of the current, which is then passed to the subordinate current regulator. Without a subordinate controller, the manipulated variable can be used directly.

Bei realen Bedingungen, wie bspw. begrenzter Schaltfrequenz und Berücksichtigung von Sensor- und Stellglieddynamiken, führt das erwähnte Stellgesetz jedoch zu einer mangelhaften Regelgüte, weswegen auch Gleitzustandsregler zweiter Ordnung verwendet werden können, bei denen eine Stabilisierung sowohl der Schaltfunktion als auch deren erster Zeitableitung erfolgt, d. h. dass nicht nur die Schaltfunktion selbst, sondern auch deren erste Zeitableitung auf den Wert Null hin verändert und dann dort gehalten wird. Dies erfolgt bspw. durch ein kontinuierliches Stellgesetz, d. h. der Betrag der Stellgröße variiert in Abhängigkeit vom Wert der Schaltfunktion. Der Wert der Stellgröße kann bspw. umso geringer gewählt werden, je geringer der Wert der Schaltfunktion ist.In real conditions, such as, for example, limited switching frequency and consideration of sensor and actuator dynamics, the above-mentioned actuating law, however, leads to a poor control quality, which is why second-order slip state controllers can also be used, in which both the switching function and its first time derivative are stabilized. d. H. that not only the switching function itself, but also their first time derivative is changed to the value zero and then held there. This is done, for example, by a continuous setting law, d. H. the amount of the manipulated variable varies depending on the value of the switching function. The value of the manipulated variable can, for example, be selected to be lower, the lower the value of the switching function is.

Eine lineare Schaltfunktion, wie sie bislang beschrieben wurde, führt dazu, dass der damit einhergehende geschlossene Regelkreis des Systems ebenfalls eine lineare Dynamik aufweist. In der Praxis kann jedoch auch eine nichtlineare Dynamik wünschenswert sein, bei der das geregelte System bspw. bei kleinen Auslenkungen eine sehr schnelle Kompensation erzielt, jedoch bei großen Führungsgrößensprüngen langsamer reagiert, um die Stabilität des Systems nicht zu beeinträchtigen.A linear switching function, as has been described so far, means that the associated closed control loop of the system also has a linear dynamics. In practice, however, a non-linear dynamics may be desirable in which the controlled system, for example, with small deflections achieved a very fast compensation, but reacts slower at large Führungsgrößenernprüngen so as not to affect the stability of the system.

Eine solche lineare Schaltfunktion ergibt sich zunächst mit dem beschriebenen Schritt, die Schaltfunktion als Funktion der Differenz von Ist- und Sollwert des Druckabfalls und deren Ableitungen bis wenigstens erster Ordnung zu wählen. Bspw. kann die Schaltfunktion s dann die Form s(e, ė) = r0e + ė aufweisen, wobei r0 der entsprechende Koeffizient und e, ė die Differenz und deren erste Zeitableitung sind. Die erste Ordnung ist hier gewählt, weil sie ausreichend ist, um ein hydraulisches Druckbegrenzungsventil bzw. dessen Dynamik hinreichend genau zu beschreiben. Nichtsdestotrotz können auch höhere Ordnungen bei dem vorliegend beschriebenen Verfahren mit einbezogen werden. Die Koeffizienten der Schaltfunktion können bspw. anhand einer initialen Regeldynamik des Druckbegrenzungsventils vorgegeben werden, was dann zu einer zunächst linearen Schaltfunktion mit einer Dynamik führt, die bspw. bereits in etwa einer gewünschten Dynamik entspricht, jedoch noch nicht genau auf ein gewünschtes Regelverhalten eines vorliegenden Systems abgestimmt ist. Zur Einstellung der Koeffizienten sei jedoch auch auf noch folgende Ausführungen verwiesen. Bei der Regelung wird nun der Druckabfall durch die Vorgabe des Wertes gemäß einem Stellgesetz beeinflusst. Der Druckabfall kann mittels einer solchen Regelung also auf einem (nahezu) konstanten Wert gehalten werden.Such a linear switching function initially results with the described step of selecting the switching function as a function of the difference between actual and desired value of the pressure drop and its derivatives up to at least first order. For example. the switching function s can then have the form s (e, ė) = r 0 e + ė, where r 0 is the corresponding coefficient and e, ė the difference and its first time derivative. The first order is chosen here because it is sufficient to describe a hydraulic pressure relief valve or its dynamics with sufficient accuracy. Nonetheless, higher orders may also be included in the method described herein. The coefficients of the switching function can be predetermined, for example, based on an initial control dynamics of the pressure relief valve, which then leads to an initially linear switching function with a dynamic, for example. Already corresponds approximately to a desired dynamics, but not yet accurate to a desired control behavior of a given system is tuned. For setting the coefficients, however, reference is also made to the following statements. In the regulation, the pressure drop is now influenced by the specification of the value in accordance with an actuating law. The pressure drop can thus be kept at a (nearly) constant value by means of such a control.

Vorzugsweise werden dabei die Koeffizienten der Schaltfunktion mittels Polstellen, insbesondere solcher einer approximativen Übertragungsfunktion, eines geschlossenen Regelkreises des hydraulischen Druckbegrenzungsventils dargestellt. Dies kann dann bspw. durch einfachen Vergleich der Koeffizienten erfolgen, wobei zugrunde gelegt wird, dass sich eine lineare Schaltfunktion durch die Polstellen, die in einem zugehörigen geschlossenen Regelkreis das Regelverhalten bzw. die Dynamik bestimmen, darstellen lässt. Dies kann bspw. dadurch erfolgen, dass ein Operator der Form (d/dt – λi), wobei λi die i-te Polstelle des geschlossenen Regelkreises ist, wiederholt bzw. auch nur einmal auf die Differenz angewendet wird. Durch einmalige Anwendung dieses Operators erhält man bspw. eine Schaltfunktion der Form s(e, ė) –λ1e + ė, mit der Polstelle λ1. Die Polstelle entspricht dann, ggf. unter Berücksichtigung eines Vorzeichens, dem Koeffizienten. Über die Polstellen lassen sich Aussagen zur Dynamik, Stabilität und Konvergenzrate des Regelkreises treffen. Preferably, the coefficients of the switching function by means of poles, in particular those of an approximate transfer function, a closed loop of the hydraulic pressure relief valve are shown. This can then be done, for example, by simple comparison of the coefficients, based on the fact that a linear switching function can be represented by the pole positions which determine the control behavior or the dynamics in an associated closed control loop. This can be done, for example, by repeating an operator of the form (d / dt-λ i ), where λ i is the i-th pole position of the closed control loop, or even applying it once only to the difference. By a single application of this operator, one obtains, for example, a switching function of the form s (e, ė) -λ 1 e + ė, with the pole point λ 1 . The pole then corresponds to the coefficient, possibly taking into account a sign. The poles can be used to make statements about the dynamics, stability and convergence rate of the control loop.

Vorzugsweise können die Polstellen jeweils als eine Funktion der Differenz gewählt werden, d. h. die Polstellen λi werden in der Form λi = λi(e) gewählt. Auf diese Weise wird aus der linearen Schaltfunktion eine nicht-lineare Schaltfunktion. Dies kann bspw. einem Wunsch, dass für kleine Regelfehler höhere Dynamiken gefordert sind, Rechnung tragen, indem die Polstellen geeignet gewählt werden. Auf diese Weise kann eine schnelle und einfache Regelung eines Druckbegrenzungsventils mittels eines Sliding-Mode-Reglers erfolgen.Preferably, the poles can each be selected as a function of the difference, ie the pole locations λ i are selected in the form λ i = λ i (e). In this way, the linear switching function becomes a non-linear switching function. This can, for example, a request that for small control errors higher dynamics are required to take into account by the poles are chosen appropriately. In this way, a quick and easy control of a pressure relief valve by means of a sliding mode controller.

Eine erste Polstelle der Polstellen (bzw. die einzige Polstelle) kann bspw. als lineare Funktion der Differenz gewählt werden, insbesondere mittels einer mit einem Betrag der Differenz multiplizierten ersten Konstante und einer additiven zweiten Konstante. Bspw. kann die erste und dominante Polstelle λ1 in der Form λ1(e) = Δλ|e| + λ0 gewählt werden. Die dominante Polstelle bestimmt maßgeblich die Dynamik des Systems. Dabei stellt Δλ, das zweckmäßigerweise größer als Null gewählt wird, eine Steigung einer Geradengleichen und λ0, das zweckmäßigerweise kleiner als Null gewählt wird, den zugehörigen Ordinatenabschnitt dar. Die Dynamik des Reglers lässt sich somit durch Verschiebung der ersten Polstelle anpassen. Bspw. kann durch eine Verschiebung nach links, d. h. hin zu betragsmäßig größeren, negativen Werten eine schnellere Dynamik erreicht werden.A first pole of the poles (or the single pole) can, for example, be chosen as a linear function of the difference, in particular by means of a first constant multiplied by an amount of the difference and an additive second constant. For example. the first and dominant pole can be λ 1 in the form λ 1 (e) = Δλ | e | + λ 0 are selected. The dominant pole decisively determines the dynamics of the system. In this case, Δλ, which is expediently chosen to be greater than zero, represents a slope of a straight line and λ 0 , which is expediently chosen to be smaller than zero, the associated ordinate section. The dynamics of the controller can thus be adjusted by shifting the first pole. For example. can be achieved by a shift to the left, ie to larger magnitude, negative values faster dynamics.

Alternativ kann die erste Polstelle auch als Funktion wenigstens zweiter Ordnung der Differenz gewählt werden. Damit kann bspw. für kleinere Regelfehler eine geringere Dynamikänderung erreicht werden.Alternatively, the first pole can also be selected as a function of at least the second order of the difference. Thus, for example, a smaller dynamic change can be achieved for smaller control errors.

Weiter alternativ kann die erste Polstelle als Wurzel-Funktion der Differenz gewählt werden. Damit kann bspw. für kleinere Regelfehler eine stärkere Änderung der Dynamik erreicht werden.Further alternatively, the first pole may be chosen as the root function of the difference. Thus, for example, for smaller control errors a greater change in dynamics can be achieved.

Sofern mehr als eine Polstelle verwenden werden, d. h. bei zweiter Ordnung oder höher, können vorzugsweise die übrigen Polstellen jeweils proportional zur ersten Polstelle gewählt werden. Bspw. können die Pole λj in der Form λj(e) = cjλ1(e) gewählt werden. Eine solche Kopplung der übrigen Polstellen an die erste Polstelle ermöglicht eine geringere Anzahl einzustellender Parameter bei der Erstellung der Schaltfunktion, da die übrigen Polstellen bei der Verschiebung der ersten Polstelle mit verschoben werden. Die Konstanten cj können bspw. empirisch ermittelt oder aber auch zusammen mit anderen Parametern optimiert werden. Es sei hierzu jedoch nochmals angemerkt, dass bei einem hydraulischen Druckbegrenzungsventil höhere als die erste Ordnung für eine hinreichend schnelle Regelung nicht nötig sind.If more than one pole will use, ie at second order or higher, preferably the other pole points can be selected in each case proportional to the first pole. For example. For example, the poles λ j can be chosen in the form λ j (e) = c j λ 1 (e). Such a coupling of the remaining pole points to the first pole allows a smaller number of parameters to be set in the creation of the switching function, since the other poles are moved in the displacement of the first pole. The constants c j can, for example, be determined empirically or else be optimized together with other parameters. However, it should be noted again that higher than the first order for a sufficiently fast control are not necessary in a hydraulic pressure relief valve.

Vorzugsweise umfasst das Stellgesetz einen proportionalen Anteil und/oder einen integralen Anteil. Zweckmäßigerweise umfasst dabei der proportionale Anteil eine Wurzel eines Betrags der Schaltfunktion und/oder der integrative Anteil eine dritte Wurzel des Betrags der Schaltfunktion. Das Stellgesetz u kann dabei bspw. in der Form

Figure DE102016209385A1_0002
vorliegen. Dabei geben α einen multiplikativen Verstärkungsfaktor für den proportionalen Anteil und β einen weiteren multiplikativen Verstärkungsfaktor für den integrativen Anteil an. Auf diese Weise kann eine Regelung mit kontinuierlichem Stellgesetz erfolgen, bei der eine Stabilisierung sowohl der Schaltfunktion als auch deren erster Zeitableitung ermöglicht wird, d. h. es können reale Bedingungen wie eine begrenzte Schaltfrequenz oder Sensor- und Stellglieddynamiken berücksichtigt werden.The setting law preferably comprises a proportional component and / or an integral component. Expediently, the proportional component comprises a root of an amount of the switching function and / or the integrative component comprises a third root of the amount of the switching function. The actuating law u can, for example, in the form
Figure DE102016209385A1_0002
available. In this case α indicates a multiplicative amplification factor for the proportional component and β a further multiplicative amplification factor for the integrative component. In this way, a regulation with continuous control law can be carried out, in which a stabilization of both the switching function and its first time derivative is made possible, ie real conditions such as a limited switching frequency or sensor and actuator dynamics can be considered.

Ein erfindungsgemäßer Sliding-Mode-Regler dient zum Regeln eines hydraulischen Druckbegrenzungsventils ist dazu eingerichtet, ein erstes erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.A sliding-mode controller according to the invention serves to regulate a hydraulic pressure-limiting valve and is adapted to carry out a first method according to the invention.

Ein Sliding-Mode-Regler kann bspw. mittels entsprechend eingerichteter Hardware und Software in einer Recheneinheit realisiert werden. Bspw. können dazu auch entsprechende Eingänge zum Erfassen von Signalen, bspw. in Bezug auf einen aktuellen Druckabfall über dem Druckbegrenzungsventil, vorgesehen sein. Zweckmäßig ist bspw. auch ein Anbau der entsprechenden Hardware bzw. Elektronik an ein zu regelndes Druckbegrenzungsventil. Eine erfindungsgemäße Recheneinheit ist dementsprechend, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.A sliding-mode controller can be realized, for example, by means of appropriately configured hardware and software in a computer unit. For example. For this purpose, corresponding inputs for detecting signals, for example with respect to a current pressure drop across the pressure limiting valve, can also be provided. Expediently, for example, is also an attachment of the corresponding hardware or electronics to a pressure relief valve to be controlled. An arithmetic unit according to the invention is accordingly, in particular programmatically, to set up to carry out a method according to the invention.

Die Implementierung des Sliding-Mode-Reglers in Form eines Computerprogramms ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn ein ausführendes Steuergerät noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere magnetische, optische und elektrische Speicher, wie z. B. Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, DVDs u. a. m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich.The implementation of the sliding mode controller in the form of a computer program is advantageous, since this causes particularly low costs, in particular if an executing control unit is still used for further tasks and therefore exists anyway. Suitable data carriers for providing the computer program are in particular magnetic, optical and electrical memory, such. As hard drives, flash memory, EEPROMs, DVDs u. a. m. It is also possible to download a program via computer networks (Internet, intranet, etc.).

Eine erfindungsgemäße Verwendung eines erfindungsgemäßen Sliding-Mode-Reglers dient zum Regeln eines hydraulischen Druckbegrenzungsventils.An inventive use of a sliding mode controller according to the invention is used to control a hydraulic pressure relief valve.

Bzgl. weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen sowie Vorteile eines erfindungsgemäßen Reglers sowie dessen Verwendung sei zur Vermeidung von Wiederholungen auf obige Ausführungen verwiesen.Concerning. Further advantageous embodiments and advantages of a controller according to the invention and its use is made to avoid repetition of the above statements.

Ein zweites erfindungsgemäßes Verfahren dient zur Einstellung eines Stellgesetzes für einen erfindungsgemäßen Sliding-Mode-Regler. Hierbei umfasst die Funktion des Stellgesetzes einen multiplikativen Verstärkungsfaktor und ein Betrag des multiplikativen Verstärkungsfaktors wird erhöht, solange ein (erster) gleitender Mittelwert eines Betrags der Schaltfunktion größer als ein vorgebbarer erster Schwellwert ist.A second method according to the invention serves to set a setting law for a sliding mode controller according to the invention. In this case, the function of the setting law comprises a multiplicative amplification factor and an amount of the multiplicative amplification factor is increased as long as a (first) moving average of an amount of the switching function is greater than a predefinable first threshold value.

Bei dem ersten gleitenden Mittelwert handelt es sich hier um einen Mittelwert über die einzelnen Werte der Schaltfunktion bzw. hier der Beträge dieser Werte aufeinanderfolgender Einstellintervalle. Mit jedem weiteren Einstellintervall wird bei dem Mittelwert somit ein weiterer Betrag berücksichtigt. Bspw. lässt sich der erste gleitende Mittelwert |s|αν eines Betrags einer Schaltfunktion s als Funktion der Zeit t darstellen als

Figure DE102016209385A1_0003
mit N der Anzahl der Einstellintervalle und Δt der Zeitdauer eines Einstellintervalls. Solange nun also dieser erste gleitende Mittelwert größer als ein erster Schwellwert ist, kann durch eine Erhöhung des Betrags des Verstärkungsfaktors der einzustellende Wert der Stellgröße entsprechend betragsmäßig erhöht werden, so dass sich die Schaltfunktion schneller der Null annähert und der Mittelwert reduziert wird.The first moving average is an average value over the individual values of the switching function or here the amounts of these values of successive adjustment intervals. With each further setting interval, a further amount is therefore taken into account in the mean value. For example. is the first moving average | s | αν of an amount of a switching function s as a function of time t represent
Figure DE102016209385A1_0003
where N is the number of adjustment intervals and Δt is the duration of an adjustment interval. Thus, as long as this first moving average is greater than a first threshold value, the value of the manipulated variable to be set can be increased in magnitude by increasing the magnitude of the amplification factor, so that the switching function approaches the zero faster and the mean value is reduced.

Die Anpassung des Verstärkungsfaktors kann dabei durch eine zeitliche Integration einer Abweichung des Betrags der Schaltfunktion von dem ersten Schwellwert erfolgen. Für einen Verstärkungsfaktor α bedeutet dies bspw. α ☐ ∫sign(|s| – δ1)dt mit dem ersten Schwellwert δ1. Der erste Schwellwert wird dabei eingeführt, da in der Realität bspw. aufgrund von Messrauschen der Wert Null in der Regel nicht erreicht werden kann. Der erste Schwellwert kann hierzu geeignet gewählt werden.The adjustment of the amplification factor can be effected by a temporal integration of a deviation of the amount of the switching function of the first threshold. For a gain factor α, this means, for example. α ☐ ∫sign (| s | - δ 1 ) dt with the first threshold δ 1 . The first threshold is introduced, since in reality, for example, due to measurement noise, the value zero can not be achieved as a rule. The first threshold can be suitably selected for this purpose.

Auf diese Weise kann sehr einfach und schnell ein Verstärkungsfaktor und damit ein Stellgesetz für einen Sliding-Model-Regler gefunden werden. Insbesondere kann ein solches Verfahren auch automatisiert ablaufen.In this way, a gain factor and thus an actuating law for a sliding model controller can be found very easily and quickly. In particular, such a method can also be automated.

Vorzugsweise wird der Betrag des multiplikativen Verstärkungsfaktors verringert, wenn der erste gleitende Mittelwert des Betrags der Schaltfunktion kleiner als der vorgebbare erste Schwellwert ist. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass, wenn das gewünschte Regelungsverhalten im zeitlichen Mittel erreicht ist, eine unnötig hohe Verstärkung und ein damit einhergehender, hoher Energieverbrauch vermieden wird. Diese Verringerung des Verstärkungsfaktors kann bei der oben erwähnten Formel für den Verstärkungsfaktor α bspw. mittels einer Signum-Funktion berücksichtigt werden, wie dies in vorstehender Formel bereits berücksichtigt ist. Auch dieser Schritt lässt sich sehr einfach automatisieren.Preferably, the magnitude of the multiplicative gain factor is reduced when the first moving average of the magnitude of the switching function is less than the predeterminable first threshold. In this way it can be achieved that, when the desired control behavior is achieved in the time average, an unnecessarily high gain and a concomitant, high energy consumption is avoided. This reduction of the amplification factor can be taken into account in the abovementioned formula for the amplification factor α, for example by means of a signum function, as already taken into account in the above formula. This step is also very easy to automate.

Vorzugsweise weist, wenn die Funktion des Stellgesetzes einen proportionalen Anteil aufweist, dieser den multiplikativen Verstärkungsfaktor auf, wobei insbesondere, wenn die Funktion einen integrativen Anteil umfasst, dieser einen weiteren multiplikativen Verstärkungsfaktor umfasst, dessen Betrag entsprechend dem multiplikativen Verstärkungsfaktor erhöht oder verringert wird. Der weitere multiplikative Verstärkungsfaktor kann dabei gemäß β = ε·α mit einem konstanten Wert ε aus dem multiplikativen Verstärkungsfaktor α erhalten werden. Auf diese Weise kann ein kontinuierliches Stellgesetz bereitgestellt werden, das eine Stabilisierung der Schaltfunktion und insbesondere auch deren erster Zeitableitung ermöglicht.Preferably, if the function of the law of law has a proportional component, it has the multiplicative amplification factor, and in particular, if the function comprises an integrative component, this comprises a further multiplicative amplification factor whose magnitude is increased or decreased in accordance with the multiplicative amplification factor. The further multiplicative amplification factor can be obtained according to β = ε · α with a constant value ε from the multiplicative amplification factor α. In this way, a continuous control law can be provided, which enables a stabilization of the switching function and in particular its first time derivative.

Ein Stellgesetz für eine Stellgröße u mit dem multiplikativen Verstärkungsfaktor α und dem weiteren multiplikativen Verstärkungsfaktor β kann dann bspw. die Stellgröße u in der Form

Figure DE102016209385A1_0004
angeben, wie dies oben bereits erwähnt wurde, wobei der erste Faktor auf der rechten Seite dem Proportionalanteil und der zweite Faktor dem Integralanteil entspricht.An actuating law for a manipulated variable u with the multiplicative amplification factor α and the further multiplicative amplification factor β can then be, for example, the manipulated variable u in the form
Figure DE102016209385A1_0004
specify, as already mentioned above, wherein the first factor on the right side of the proportional component and the second factor corresponds to the integral component.

Der multiplikative Verstärkungsfaktor kann bspw. auch einen veränderbaren Proportionalitätsfaktor umfassen. Die Veränderung eines solchen multiplikativen Verstärkungsfaktors kann dann bspw. in der Form α . = K1·sign(|s| – δ1) angegeben werden, wobei mit K1 der Proportionalitätsfaktor bezeichnet ist. Während der Durchführung des Verfahrens kann der Proportionalitätsfaktor, falls erforderlich, in Abhängigkeit von der Differenz zwischen dem ersten gleitenden Mittelwert und dem ersten Schwellwert, d. h. |s| – δ1, angepasst werden, um so die Konvergenzgeschwindigkeit anzupassen und damit die Adaption zu verbessern.For example, the multiplicative gain may also include a variable proportionality factor. The change of such a multiplicative amplification factor can then, for example, in the form α. = K 1 · sign (| s | - δ 1 ) are given, where K 1 is the proportionality factor. During performance of the method, the proportionality factor may, if necessary, be dependent on the difference between the first moving average and the first threshold, ie | s | - δ 1 , so as to adjust the convergence speed and thus to improve the adaptation.

Ein drittes erfindungsgemäßes Verfahren dient zur Einstellung einer Schaltfunktion für einen erfindungsgemäßen Sliding-Mode-Regler. Hierbei wird ein Betrag wenigstens eines der Differenz zugeordneten Koeffizienten erhöht, solange ein zweiter gleitender Mittelwert eines Betrags der Differenz größer als ein vorgebbarer zweiter Schwellwert ist.A third method according to the invention serves to set a switching function for a sliding mode controller according to the invention. In this case, an amount of at least one coefficient associated with the difference is increased as long as a second moving average of an amount of the difference is greater than a predefinable second threshold value.

Bei dem zweiten gleitenden Mittelwert handelt es sich dabei um einen Mittelwert über die einzelnen Werte der Differenz von Ist- und Sollwert des Druckabfalls bzw. hier der Beträge dieser Werte aufeinanderfolgender Einstellintervalle. Mit jedem weiteren Einstellintervall wird bei dem Mittelwert somit ein weiterer Betrag berücksichtigt. Bspw. lässt sich der zweite gleitende Mittelwert |e|αν eines Betrags einer Differenz e als Funktion der Zeit t darstellen als

Figure DE102016209385A1_0005
mit N der Anzahl der Einstellintervalle und Δt der Zeitdauer eines Einstellintervalls. Solange nun also dieser zweite gleitende Mittelwert größer als ein zweiter Schwellwert ist, kann durch eine Erhöhung des Betrags des Koeffizienten der Differenz erreicht werden, dass sich die Schaltfunktion schneller der Null annähert und der Mittelwert reduziert wird.The second moving average value is an average over the individual values of the difference between the actual and setpoint values of the pressure drop or in this case the values of these values of successive setting intervals. With each further setting interval, a further amount is therefore taken into account in the mean value. For example. is the second moving average | e | αν of an amount of a difference e as a function of time t
Figure DE102016209385A1_0005
where N is the number of adjustment intervals and Δt is the duration of an adjustment interval. So long as this second moving average is greater than a second threshold value, it can be achieved by increasing the magnitude of the coefficient of the difference that the switching function approaches the zero faster and the mean value is reduced.

Die Anpassung des Koeffizienten bzw. der Polstellen kann dabei durch eine zeitliche Integration einer Abweichung des Betrags der Differenz von dem Schwellwert erfolgen. Für die erste bzw. einzige Polstelle λ1 bedeutet dies bspw. λ1 ~ ∫sign(|e|αν – δ2)dt mit dem zweiten Schwellwert δ2. Der zweite Schwellwert wird dabei eingeführt, da in der Realität bspw. aufgrund von Messrauschen der Wert Null in der Regel nicht erreicht werden kann. Der zweite Schwellwert kann hierzu geeignet gewählt werden.The adaptation of the coefficient or the poles can be done by integrating a temporal integration of a deviation of the amount of the difference from the threshold. For the first or only pole point λ 1 , this means, for example. λ 1 ~ ∫sign (| e | αν - δ 2 ) dt with the second threshold δ 2 . The second threshold is introduced, since in reality, for example, due to measurement noise, the value zero can not be achieved as a rule. The second threshold can be suitably selected for this purpose.

Auf diese Weise können sehr einfach und schnell Koeffizienten und damit eine Schaltfunktion für einen Sliding-Model-Regler gefunden werden. Insbesondere kann ein solches Verfahren auch automatisiert ablaufen.In this way, coefficients and thus a switching function for a sliding model controller can be found very simply and quickly. In particular, such a method can also be automated.

Vorzugsweise wird der Betrag wenigstens des der Differenz zugeordneten Koeffizienten, bspw. durch Anpassung der Polstelle, verringert, wenn der zweite gleitende Mittelwert des Betrags der Differenz kleiner als der vorgebbare zweite Schwellwert ist. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass, wenn das gewünschte Regelungsverhalten im zeitlichen Mittel erreicht ist, eine unnötig hohe Dynamik und ein damit einhergehender, hoher Energieverbrauch sowie unerwünschten Oszillationen vermieden werden. Diese Verringerung des Koeffizienten kann bei der oben erwähnten Formel für die Polstelle λ1 bspw. mittels einer Signum-Funktion berücksichtigt werden, wie dies in vorstehender Formel bereits berücksichtigt ist. Auch dieser Schritt lässt sich sehr einfach automatisieren.Preferably, the amount of at least the coefficient associated with the difference is reduced, for example by adjusting the pole position, if the second moving average of the magnitude of the difference is smaller than the predefinable second threshold value. In this way it can be achieved that, when the desired control behavior is achieved on average over time, an unnecessarily high dynamics and a concomitant, high energy consumption and unwanted oscillations are avoided. This reduction of the coefficient can be taken into account in the above-mentioned formula for the pole point λ 1, for example by means of a signum function, as already taken into account in the above formula. This step is also very easy to automate.

Mit einer solchen Einstellung bzw. Adaption der Schaltfunktion kann dabei auch auf sich ändernde Bedingungen reagiert werden. Es ist jedoch auch denkbar, dass die Adaption automatisch abgebrochen wird, sobald das System für eine bestimmte Zeitdauer konvergiert. Auch ist es denkbar, dass die Einstellung bzw. Adaption explizit ausgeschaltet wird. Ebenso kann der Schwellwert angepasst werden.With such an adjustment or adaptation of the switching function can also be responded to changing conditions. However, it is also conceivable that the adaptation is aborted automatically as soon as the system converges for a certain period of time. It is also conceivable that the setting or adaptation is explicitly turned off. Likewise, the threshold can be adjusted.

Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z. B. eine Recheneinheit in einem Hardware-in-the-Loop-System, insbesondere ein PC, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erstes und/oder zweites erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen. Hierzu können auch das hydraulisches Druckbegrenzungsventil, sowie ein Echtzeitsystem, in dem der Sliding-Mode-Regler realisiert ist, im Hardware-in-the-Loop-System vorgesehen sein.An arithmetic unit according to the invention, for. As a computing unit in a hardware-in-the-loop system, in particular a PC is, in particular programmatically, configured to perform a first and / or second inventive method. For this purpose, the hydraulic pressure limiting valve, as well as a real-time system in which the sliding-mode controller is realized, can be provided in the hardware-in-the-loop system.

Auch die Implementierung der Verfahren in Form eines Computerprogramms ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn ein ausführendes Steuergerät noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere magnetische, optische und elektrische Speicher, wie z. B. Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, DVDs u. a. m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich.The implementation of the method in the form of a computer program is advantageous because this causes very low costs, especially if an executing control unit is still used for other tasks and therefore already exists. Suitable data carriers for providing the computer program are in particular magnetic, optical and electrical memory, such. As hard drives, flash memory, EEPROMs, DVDs u. a. m. It is also possible to download a program via computer networks (Internet, intranet, etc.).

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung. Further advantages and embodiments of the invention will become apparent from the description and the accompanying drawings.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination indicated, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.The invention is illustrated schematically by means of exemplary embodiments in the drawing and will be described in detail below with reference to the drawing.

Figurenbeschreibungfigure description

1 zeigt schematisch ein hydraulisches Druckbegrenzungsventil, für dessen Regelung ein Sliding-Mode-Regler verwendet werden kann. 1 schematically shows a hydraulic pressure relief valve, for the control of a sliding mode controller can be used.

2 zeigt schematisch ein erstes erfindungsgemäßes Verfahren in einer bevorzugten Ausführungsform mit einem Sliding-Mode-Regler. 2 schematically shows a first method according to the invention in a preferred embodiment with a sliding mode controller.

3 zeigt schematisch zwei verschiedene 2-dimensionale Darstellungen einer Schaltfunktion für einen Sliding-Mode-Regler. 3 schematically shows two different 2-dimensional representations of a switching function for a sliding mode controller.

4 zeigt schematisch einen Ablauf eines zweiten erfindungsgemäßen Verfahrens in einer bevorzugten Ausführungsform zum Einstellen eines Stellgesetzes. 4 schematically shows a sequence of a second method according to the invention in a preferred embodiment for setting a setting law.

5 zeigt schematisch einen Ablauf eines dritten erfindungsgemäßen Verfahrens in einer bevorzugten Ausführungsform zum Einstellen einer Schaltfunktion. 5 schematically shows a sequence of a third method according to the invention in a preferred embodiment for setting a switching function.

Detaillierte Beschreibung der ZeichnungDetailed description of the drawing

In 1 ist schematisch und beispielhaft ein hydraulisches Druckbegrenzungsventil 100 gezeigt, für welches ein Sliding-Mode-Regler zur Regelung verwendet werden kann.In 1 is schematic and exemplary of a hydraulic pressure relief valve 100 for which a sliding mode controller can be used for regulation.

Das hydraulische Druckbegrenzungsventil 100 weist einen Kolben 110 auf, der in einem Gehäuse bewegt werden kann, um einen druckführenden Anschluss bzw. einen Druckanschluss an Kanal 120 mit einem Tankanschluss an Kanal 125 miteinander zu verbinden. Der Kolben 110 wird mittels eines Elektromagneten 130 mit einer Kraft beaufschlagt und in den Ventilsitz 115 gedrückt.The hydraulic pressure relief valve 100 has a piston 110 which can be moved in a housing to a pressurized port or a pressure port to channel 120 with a tank connection to channel 125 to connect with each other. The piston 110 is by means of an electromagnet 130 with a force applied and in the valve seat 115 pressed.

An den Elektromagneten 130 kann eine Spannung U angelegt werden, so dass ein Strom I fließt, um über einen Anker 135 die Kraft auf den Kolben 110 auszuüben. Weiterhin ist ein Drucksensor 140 vorgesehen, um einen Druckabfall über das hydraulische Druckbegrenzungsventil 100 zu erfassen und dieses Signal an eine verarbeitende Einheit weiterzugeben.To the electromagnet 130 For example, a voltage U may be applied so that a current I flows through an armature 135 the force on the piston 110 exercise. Furthermore, a pressure sensor 140 provided a pressure drop across the hydraulic pressure relief valve 100 to capture and pass this signal to a processing unit.

In 2 ist schematisch ein erstes erfindungsgemäßes Verfahren in einer bevorzugten Ausführungsform dargestellt. Hierzu ist ein einfaches Regelschema gezeigt, anhand welchem bspw. der Druckabfall über das hydraulische Druckregelventil 100 als Regelgröße geregelt werden kann. Ein Soll- oder Referenzwert Pref für den Druckabfall kann zunächst vorgegeben werden. Aus einem rückgeführten Ist-Wert P des Druckabfalls wird eine Regelabweichung bzw. Differenz e = P – Pref gebildet und dem Sliding-Mode-Regler 200 zugeführt.In 2 is schematically shown a first inventive method in a preferred embodiment. For this purpose, a simple control scheme is shown, on the basis of which, for example, the pressure drop across the hydraulic pressure control valve 100 can be regulated as a controlled variable. A nominal or reference value P ref for the pressure drop can first be specified. From a recirculated actual value P of the pressure drop, a control deviation or difference e = P - P ref is formed and the sliding-mode controller 200 fed.

Der Sliding-Mode-Regler ermittelt gemäß oben bereits erwähntem und später noch zu beschreibendem Vorgehen eine Schaltfunktion s und daraus ein gemäß ebenfalls bereits erwähntem und noch zu beschreibendem Vorgehen ein Stellgesetz us. Mittels des Stellgesetzes us gibt der Regler 200 nun einen Wert für die Stellgröße u, welche in diesem Fall dem durch den Elektromagneten 130 fließenden Strom I entsprechen kann, aus (Hierzu sei angemerkt, dass, wie eingangs bereits erwähnt, eine unterlagerte Stromregelung vorhanden sein kann, die als unveränderbar angenommen werden kann). Über eine Regelstrecke 210 wird dann der Druckabfall beeinflusst. An dieser Stelle sei nochmals erwähnt, dass der genaue Einfluss der Stellgröße über die Regelstrecke für einen Sliding-Mode-Regler nicht relevant ist.The sliding mode controller determines according to what is mentioned above already, and later still to be descriptive approach a switching function s and hence a likewise according to what is mentioned already and still descriptive approach a parking law u s. By means of the law u s gives the controller 200 Now a value for the manipulated variable u, which in this case by the electromagnet 130 (It should be noted that, as already mentioned, a lower-level current control can be present, which can be assumed to be unchangeable). About a controlled system 210 then the pressure drop is influenced. It should be mentioned again that the exact influence of the manipulated variable over the controlled system is not relevant for a sliding mode controller.

Neben dem Soll-Wert Pref, dem Ist-Wert P und der Regelabweichung bzw. Differenz e fließt auch deren jeweilige erste Zeitableitung in die Regelung mit ein, so wie dies oben erwähnt wurde. Lediglich der Übersichtlichkeit halber sind in 2 nur die jeweiligen nicht abgeleiteten Größen dargestellt.In addition to the setpoint value P ref , the actual value P and the control deviation or difference e, their respective first time derivative also flows into the control, as mentioned above. Only for the sake of clarity are in 2 only the respective non-derived quantities are shown.

In 3 sind in einem Diagramm beispielhaft zwei Schaltebenen s1 = 0 und s2 = 0 zweier Schaltfunktionen s1 und s2 gezeigt. Dabei ist die erste Zeitableitung ė der Regelabweichung bzw. Differenz über der Regelabweichung bzw. Differenz e aufgetragen. Bei den Schaltebenen handelt es sich genau genommen nur um Schaltgeraden.In 3 two switching levels s 1 = 0 and s 2 = 0 of two switching functions s 1 and s 2 are shown by way of example in a diagram. The first time derivative ė of the control deviation or difference over the control deviation or difference e is plotted. The switching levels are strictly just switching lines.

Die Schaltgerade s1 = 0 gehört zu einer linearen Schaltfunktion der Form s1(e, ė) = r0e + ė bzw. s1(e, ė) = –λ1e + ė mit konstantem λ1. Die Schaltgerade s2 = 0 hingegen gehört zu einer nichtlinearen Schaltfunktion der Form s2(e, ė) = –λ1e + ė mit λ1 = λ1(e). Durch geeignete Wahl von λ1 als Funktion von e kann somit bspw. eine Krümmung der Schaltgeraden, welche in 3 beispielhaft angedeutet ist, erreicht werden. Hinsichtlich der Einstellung einer solchen Schaltfunktion, insbesondere deren Koeffizienten bzw. Polstellen sei auf die obigen Ausführungen sowie die noch folgende Beschreibung verwiesen.The switching line s 1 = 0 belongs to a linear switching function of the form s 1 (e, ė) = r 0 e + ė or s 1 (e, ė) = -λ 1 e + ė with constant λ 1 . The switching line s 2 = 0, on the other hand, belongs to a nonlinear switching function of the form s 2 (e, ė) = -λ 1 e + ė with λ 1 = λ 1 (e). By a suitable choice of λ 1 as a function of e, for example, a curvature of the switching lines, which in 3 is indicated by way of example can be achieved. With regard to the setting of such a switching function, in particular their Coefficients or poles should be made to the above statements and the following description.

In 4 ist schematisch ein Ablauf eines zweiten erfindungsgemäßen Verfahrens in einer bevorzugten Ausführungsform zum Einstellen eines Stellgesetzes dargestellt. Hierzu sind zunächst die Schaltfunktion s, aus der das Stellgesetz us ermittelt wird, sowie die Stellgröße u entsprechend 2 gezeigt.In 4 schematically a flow of a second method according to the invention in a preferred embodiment for setting a setting law is shown. For this purpose, first the switching function s, from which the actuating law u s is determined, and the manipulated variable u correspondingly 2 shown.

Aus der Schaltfunktion s kann nun, wie erwähnt, ein erster gleitender Mittelwert |s|αν bspw. anhand der Formel

Figure DE102016209385A1_0006
mit t der Zeit, N der Anzahl der Einstellintervalle und Δt der Zeitdauer eines Einstellintervalls ermittelt werden. Weiterhin kann die Differenz |s|αν – δ1 mit einem geeignet ausgewählten ersten Schwellwert δ1 gebildet werden.From the switching function s, as mentioned, a first moving average | s | αν, for example, using the formula
Figure DE102016209385A1_0006
where t is the time, N the number of setting intervals, and Δt the duration of a setting interval. Furthermore, the difference | s | αν - δ 1 are formed with a suitably selected first threshold value δ 1 .

Basierend auf dieser Differenz e = |s|αν – δ kann nun gemäß der Formel α . = K1·sign(|s| – δ) für die Veränderung des Verstärkungsfaktors der Verstärkungsfaktor α gemäß α = ∫K1·sign(s)·dt ermittelt werden. Der Proportionalitätsfaktor K1 kann dabei in einem einfachen Fall statisch sein. Optional kann jedoch, wie mittels gestrichelter Linien angedeutet, der Proportionalitätsfaktor K1 basierend auf der Differenz e = |s|αν – δ verändert bzw. angepasst werden, bspw. in der Form K1(t) = K0·e mit einer Grundverstärkung K0. Weiterhin kann aus dem Verstärkungsfaktor α gemäß β = ε·α der weitere Verstärkungsfaktor β ermittelt werden.Based on this difference e = | s | αν - δ can now according to the formula α. = K 1 · sign (| s | - δ) for the change of the amplification factor the amplification factor α according to α = ∫K 1 · sign (s) · dt be determined. The proportionality factor K 1 can be static in a simple case. Optionally, however, as indicated by dashed lines, the proportionality factor K 1 based on the difference e = | s | αν - δ be changed or adapted, for example, in the form K 1 (t) = K 0 · e with a basic gain K 0 . Furthermore, the additional amplification factor β can be determined from the amplification factor α in accordance with β = ε · α.

Auf diese Weise ergibt sich das Stellgesetz us, mittels dessen dann bspw. gemäß der Formel

Figure DE102016209385A1_0007
ein Wert u für die Stellgröße, also bspw. ein Sollwert für den Strom ermittelt werden kann, wobei die Verstärkungsfaktoren α und gemäß β wie erwähnt ermittelt worden sind. Sobald das Stellgesetz ermittelt worden ist, kann der Regler mit diesem Stellgesetz zur Regelung verwendet werden.In this way, the control law u s , by means of which then, for example, according to the formula
Figure DE102016209385A1_0007
a value u for the manipulated variable, that is, for example, a desired value for the current can be determined, wherein the gain factors α and β have been determined as mentioned. As soon as the actuating law has been determined, the controller can be used for regulation with this actuating law.

In 5 ist schematisch ein Ablauf eines dritten erfindungsgemäßen Verfahrens in einer bevorzugten Ausführungsform zum Einstellen einer Schaltfunktion dargestellt. Hierzu ist zunächst die Regelabweichung bzw. Differenz e, aus der die Schaltfunktion s ermittelt wird, entsprechend 2 gezeigt.In 5 schematically a flow of a third method according to the invention in a preferred embodiment for setting a switching function is shown. For this purpose, first the control deviation or difference e, from which the switching function s is determined, correspondingly 2 shown.

Aus der Regelabweichung e kann nun, wie erwähnt, ein zweiter gleitender Mittelwert |e|αν bspw. anhand der Formel

Figure DE102016209385A1_0008
mit t der Zeit, N der Anzahl der Einstellintervalle und Δt der Zeitdauer eines Einstellintervalls ermittelt werden. Weiterhin kann die Differenz |e|αν – δ mit einem geeignet ausgewählten zweiten Schwellwert δ2 gebildet werden.From the control deviation e, as mentioned, a second moving average | e | αν, for example, using the formula
Figure DE102016209385A1_0008
where t is the time, N the number of setting intervals, and Δt the duration of a setting interval. Furthermore, the difference | e | αν - δ are formed with a suitably selected second threshold δ 2 .

Basierend auf dieser Differenz |e|αν – δ2 kann nun gemäß der Formel λ . = –K2·sign(|e|αν – δ2) für die Veränderung der ersten Polstelle die erste Polstelle λ1 gemäß λ1 = –∫K2·sign(|e|αν – δ2)·dt ermittelt werden. Der Proportionalitätsfaktor K2 kann dabei in einem einfachen Fall statisch sein. Optional kann jedoch, wie mittels gestrichelter Linien angedeutet, der Proportionalitätsfaktor K2 verändert bzw. angepasst werden.Based on this difference | e | αν - δ 2 can now according to the formula λ. = -K 2 · sign (| e | αν - δ 2 ) for the change of the first pole, the first pole λ 1 according to λ 1 = -∫K 2 · sign (| e | αν - δ 2 ) · dt be determined. The proportionality factor K 2 can be static in a simple case. Optionally, however, as indicated by dashed lines, the proportionality factor K 2 can be changed or adjusted.

Auf diese Weise ergibt sich die Schaltfunktion s dann bspw. gemäß der Formel s = –λ1e + ė. In this way, the switching function s then results, for example, according to the formula s = -λ 1 e + ė.

Sobald die Schaltfunktion ermittelt worden ist, kann der Regler mit dieser Schaltfunktion und einem geeigneten Stellgesetz zur Regelung verwendet werden.As soon as the switching function has been determined, the controller with this switching function and a suitable actuating law can be used for regulation.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102015204258 [0005] DE 102015204258 [0005]

Claims (15)

Verfahren zum Regeln eines hydraulisches Druckbegrenzungsventil (100) mittels eines Sliding-Mode-Reglers (200) mit einer Schaltfunktion (s) und einem Stellgesetz (us), wobei als Regelgröße des Sliding-Mode-Reglers ein Druckabfall über das Druckbegrenzungsventil (100) verwendet wird, wobei als eine Schaltfunktion (s) eine Funktion einer Differenz (e) zwischen einem Istwert (P) und einem Sollwert (Pref) des Druckabfalls und deren zeitlichen Ableitungen bis wenigstens erster Ordnung verwendet wird, wobei mittels des Stellgesetzes (us) ein Wert für eine Stellgröße (u) des Sliding-Mode-Reglers (200) als Funktion eines Werts der Schaltfunktion (s) vorgegeben wird, und wobei der Druckabfall durch Vorgabe des Wertes beeinflusst wird.Method for controlling a hydraulic pressure relief valve ( 100 ) by means of a sliding mode controller ( 200 ) with a switching function (s) and a control law (u s ), wherein as a controlled variable of the sliding-mode controller, a pressure drop across the pressure relief valve ( 100 ) is used, being used as a switching function (s) a function of a difference (e) between a setpoint (P) and a setpoint (P ref ) of the pressure drop and their time derivatives to at least first order, said means of the law (u s ) a value for a manipulated variable (u) of the sliding mode controller ( 200 ) is given as a function of a value of the switching function (s), and wherein the pressure drop is influenced by specifying the value. Verfahren nach Anspruch 1, wobei Koeffizienten der Schaltfunktion (s) mittels Polstellen (λ1) eines geschlossenen Regelkreises des hydraulischen Druckbegrenzungsventils (100) dargestellt werden.Method according to Claim 1, wherein coefficients of the switching function (s) are determined by means of poles (λ 1 ) of a closed control loop of the hydraulic pressure limiting valve ( 1 ). 100 ) being represented. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Polstellen (λ1) jeweils als eine Funktion der Differenz (e) gewählt werden.The method of claim 2, wherein the poles (λ 1 ) are each selected as a function of the difference (e). Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Stellgesetz (us) einen proportionalen Anteil und/oder einen integrativen Anteil umfasst.Method according to one of the preceding claims, wherein the actuating law (u s ) comprises a proportional component and / or an integrative component. Verfahren nach Anspruch 4, wobei der proportionale Anteil eine Wurzel eines Betrags der Schaltfunktion (s) und/oder der integrative Anteil eine dritte Wurzel des Betrags der Schaltfunktion (s) umfasst.The method of claim 4, wherein the proportional component comprises a root of an amount of the switching function (s) and / or the integrative component comprises a third root of the magnitude of the switching function (s). Sliding-Mode-Regler (200) zum Regeln eines hydraulischen Druckbegrenzungsventils (100), der dazu eingerichtet ist, ein Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche durchzuführen.Sliding mode controller ( 200 ) for controlling a hydraulic pressure limiting valve ( 100 ) arranged to perform a method according to any one of the preceding claims. Verwendung eines Sliding-Mode-Reglers (200) nach Anspruch 6 zum Regeln eines Druckbegrenzungsventils (100).Using a sliding mode controller ( 200 ) according to claim 6 for controlling a pressure relief valve ( 100 ). Verfahren zur Einstellung eines Stellgesetzes (us) für einen Sliding-Mode-Regler (200) nach Anspruch 6, wobei die Funktion des Stellgesetzes (us) einen multiplikativen Verstärkungsfaktor (α) umfasst, und wobei ein Betrag des multiplikativen Verstärkungsfaktors (α) erhöht wird, solange ein erster gleitender Mittelwert (|s|αν) eines Betrags der Schaltfunktion (s) größer als ein vorgebbarer erster Schwellwert (δ1) ist.Method for setting an actuating law (u s ) for a sliding mode controller ( 200 ) according to claim 6, wherein the function of the law of law (u s ) comprises a multiplicative amplification factor (α), and wherein an amount of the multiplicative amplification factor (α) is increased as long as a first moving average (| s | αν ) of an amount of the switching function (s) is greater than a predeterminable first threshold value (δ 1 ). Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Betrag des multiplikativen Verstärkungsfaktors (α) verringert wird, wenn der erste gleitende Mittelwert (|s|αν) des Betrags der Schaltfunktion (s) kleiner als der vorgebbare erste Schwellwert (δ1) ist.The method of claim 8, wherein the magnitude of the multiplicative gain (α) is decreased when the first moving average (| s | αν ) of the magnitude of the switching function (s) is less than the predetermined first threshold (δ 1 ). Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei, wenn die Funktion des Stellgesetzes (us) einen proportionalen Anteil aufweist, dieser den multiplikativen Verstärkungsfaktor (α) aufweist, und wobei insbesondere, wenn die Funktion einen integrativen Anteil umfasst, dieser einen weiteren multiplikativen Verstärkungsfaktor (β) umfasst, dessen Betrag entsprechend dem multiplikativen Verstärkungsfaktor (α) erhöht oder verringert wird.Method according to claim 8 or 9, wherein, if the function of the law of law (u s ) has a proportional component, this has the multiplicative amplification factor (α), and in particular, if the function comprises an integrative component, this one further multiplicative amplification factor (μs). β) whose amount is increased or decreased in accordance with the multiplicative amplification factor (α). Verfahren zur Einstellung einer Schaltfunktion (s) für einen Sliding-Mode-Regler (200) nach Anspruch 6, wobei ein Betrag wenigstens eines der Differenz (e) zugeordneten Koeffizienten erhöht wird, solange ein zweiter gleitender Mittelwert (|e|αν) eines Betrags der Differenz größer als ein vorgebbarer zweiter Schwellwert (δ2) ist.Method for setting a switching function (s) for a sliding mode controller ( 200 ) according to claim 6, wherein an amount of at least one of the difference (e) associated coefficient is increased as long as a second moving average (| e | αν ) of an amount of the difference is greater than a predetermined second threshold value (δ 2 ). Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Betrag wenigstens des der Differenz (e) zugeordneten Koeffizienten verringert wird, wenn der zweite gleitende Mittelwert (|e|αν) des Betrags der Differenz (e) kleiner als der vorgebbare zweite Schwellwert (δ2) ist.The method of claim 11, wherein the magnitude of at least the coefficient associated with the difference (e) is decreased when the second moving average (| e | αν ) of the magnitude of the difference (e) is less than the predetermined second threshold (δ 2 ). Recheneinheit, die dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10 und/oder ein Verfahren nach Anspruch 11 oder 12 durchzuführen.Arithmetic unit which is adapted to perform a method according to one of claims 8 to 10 and / or a method according to claim 11 or 12. Computerprogramm, das eine Recheneinheit dazu veranlasst, einen Sliding-Mode-Regler (200) nach Anspruch 6 bereitzustellen oder ein Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10 und/oder ein Verfahren nach Anspruch 11 oder 12 durchzuführen, wenn es auf der Recheneinheit ausgeführt wird.Computer program that causes a computing unit to generate a sliding mode controller ( 200 ) according to claim 6 or to perform a method according to any one of claims 8 to 10 and / or a method according to claim 11 or 12, when it is executed on the arithmetic unit. Maschinenlesbares Speichermedium mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm nach Anspruch 14.A machine-readable storage medium having a computer program stored thereon according to claim 14.
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