DE102017202077A1 - Circuit and method for evaluating the effectiveness of a dither signal for electromagnetic actuators - Google Patents

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Abstract

Bereitgestellt wird eine Schaltung (100) zur Bewertung der Wirksamkeit eines Dither-Signals für elektromagnetische Aktoren, wobei die Schaltung eine erste Filterstufe (1) aufweist, der als Eingangssignal (V1) zumindest ein Spannungssignal der Magnetspule des Aktors zugeführt wird, wobei das Spannungssignal (V1) ein Ansteuersignal und ein dem Ansteuersignal überlagertes Dither-Signal umfasst. Die Schaltung weist ferner einen Gleichrichter (2) auf, dem das Filter-Ausgangs-signal (V2) der ersten Filterstufe (1) zugeführt wird, wobei das Gleichrichter-Ausgangssignal (V3) als Kenngröße (K) zur Bewertung der Wirksamkeit des Dither-Signals ausgegeben wird.A circuit (100) is provided for evaluating the effectiveness of a dither signal for electromagnetic actuators, the circuit having a first filter stage (1) to which at least one voltage signal is fed as an input signal (V1) to the magnetic coil of the actuator, the voltage signal ( V1) comprises a drive signal and a dither signal superimposed on the drive signal. The circuit further comprises a rectifier (2) to which the filter output signal (V2) of the first filter stage (1) is supplied, wherein the rectifier output signal (V3) as a characteristic (K) for evaluating the effectiveness of the dither Signal is output.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltung zur Bewertung der Wirksamkeit eines Dither-Signals für elektromagnetische Aktoren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein entsprechendes Verfahren.The present invention relates to a circuit for evaluating the effectiveness of a dither signal for electromagnetic actuators according to the preamble of patent claim 1 and a corresponding method.

Bei elektromagnetischen Aktoren, insbesondere bei Hydraulik- oder Pneumatikventilen, ist es üblich, demjenigen Ansteuersignal der Magnetspule (Spannung oder Strom), welches dem gewünschten Arbeitspunkt entspricht, ein sogenanntes Dither-Signal zu überlagern, welches eine höhere Frequenz aufweist als das Ansteuersignal. Als Dither wird also die Modulation bzw. Überlagerung des Ansteuersignals mittels einer Schwingung einer bestimmten Frequenz bzw. eines bestimmten Frequenzbereichs bezeichnet. Der Arbeitspunkt ist z.B. die Aktorposition, der Volumenstrom und/oder Massenstrom oder Druck. Das Dither-Signal hat die Aufgabe, den (Magnet-)Anker des Aktors dauernd in Bewegung zu halten, wodurch die Reibung reduziert wird und somit das Ansprechverhalten des Aktors und die erzielbare Stellgenauigkeit bzw. Regelgüte verbessert werden. Je nach Arbeitspunkt und Aktorexemplar sind bei hohen Anforderungen an die Stell- bzw. Regel-genauigkeit des Aktors unterschiedliche Dither-Parameter erforderlich. Parameter des Dither-Signals bzw. Dither-Parameter sind Parameter, die zur Charakterisierung und Einstellung des Dither-Signals verwendet werden, z.B. die mittlere Leistung, die Spitze-Spitze-Spannungs- oder Spitze-Spitze-Stromdifferenz, die Grundfrequenz oder das Leistungsdichtespektrum, also die Verteilung der mittleren Leistung über den Frequenzbereich.In the case of electromagnetic actuators, in particular in the case of hydraulic or pneumatic valves, it is customary to superimpose a so-called dither signal on that actuation signal of the magnet coil (voltage or current) which corresponds to the desired operating point, which has a higher frequency than the actuation signal. Dither is thus the modulation or superimposition of the drive signal by means of a vibration of a specific frequency or a specific frequency range. The operating point is e.g. the actuator position, the volume flow and / or mass flow or pressure. The purpose of the dither signal is to keep the (magnet) armature of the actuator constantly in motion, whereby the friction is reduced and thus the response of the actuator and the achievable positioning precision or control quality can be improved. Depending on the operating point and actuator copy, different dither parameters may be required if the actuator or control accuracy of the actuator is very demanding. Parameters of the dither signal or dither parameters are parameters used to characterize and adjust the dither signal, e.g. the average power, the peak-to-peak voltage or peak-to-peak current difference, the fundamental frequency or the power density spectrum, ie the distribution of the average power over the frequency range.

Diese Dither-Parameter können durch Messreihen bestimmt werden, wobei darauf geachtet werden muss, einen anwendungsspezifisch guten Kompromiss aus hinreichender Reibungsreduktion und nicht zu großer unerwünschter Anregung des angesteuerten mechatronischen Systems durch das Dither-Signal zu erzielen. Dies ist insbesondere bei Aktoren wichtig, die selbst eine Regelfunktion realisieren, insbesondere Druckregelventile. Es ist auch in dem Fall wichtig, wenn bereits geringe dynamische Regelfehler zu einer deutlichen unerwünschten dynamischen Anregung des angesteuerten Systems führen können, z.B. bei mittels Druckregelventilen angesteuerter Reibkupplungen oder Reibbremsen in Getrieben. Hier kann eine kleine Änderung des wirksamen Drucks auf den Kolben der Reibbeläge zu einer großen Änderung des übertragenen Momentes und so zu einem Ruckeln oder Durchrutschen des Getriebes führen.These dither parameters can be determined by measurement series, whereby care must be taken to achieve an application-specific good compromise from adequate friction reduction and not too much unwanted excitation of the controlled mechatronic system by the dither signal. This is particularly important in actuators that realize a control function itself, in particular pressure control valves. It is also important in the case when even small dynamic control errors can lead to significant unwanted dynamic excitation of the driven system, e.g. in driven by means of pressure control valves friction clutches or friction brakes in transmissions. Here, a small change in the effective pressure on the piston of the friction linings can lead to a large change in the transmitted torque and thus to a bucking or slippage of the transmission.

Jedoch variiert die Reibung des Aktors zwischen einzelnen Aktorexemplaren infolge Toleranzen im Material, der Geometrie, der Oberflächenstruktur und der Fertigung üblicherweise deutlich, was ebenso für das vom Aktor angesteuerte Folgesystem gilt. Außerdem variieren die Dynamik des Aktors und des vom Aktor angesteuerten Systems stark in Abhängigkeit des Arbeitspunktes z.B. infolge einer temperatur-abhängig stark variierenden Fluidviskosität oder einer druckabhängig stark variierenden Steifigkeit des angesteuerten mechatronischen Systems, z.B. infolge im Öl enthaltener nicht gelöster Luft. Auch ändert sich die Reibung des Aktors und des angesteuerten Systems über die Lebensdauer, z.B. infolge Abrasion der Reibpartner oder Anlagerung von Sedimenten.However, the friction of the actuator between individual actuator specimens usually varies significantly due to tolerances in the material, the geometry, the surface structure and the production, which also applies to the actuator-driven sequential system. In addition, the dynamics of the actuator and of the actuator-driven system vary greatly depending on the operating point, e.g. due to a temperature-dependent strongly varying fluid viscosity or a pressure-dependent greatly varying stiffness of the driven mechatronic system, e.g. as a result of undissolved air contained in the oil. Also, the friction of the actuator and the driven system changes over the life, e.g. due to abrasion of the friction partners or deposition of sediments.

Deshalb ist es eine Aufgabe dieser Erfindung, eine Schaltung zur Bewertung der Wirksamkeit des Dither-Signals bereitzustellen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.Therefore, it is an object of this invention to provide a circuit for evaluating the effectiveness of the dither signal. This object is achieved by the features of the independent claims. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.

Die Ermittlung der Wirksamkeit des Dither-Signals mittels Auswertung des Stromverlaufs bzw. Spannungsverlaufs der Magnetspule ist zwar sehr präzise und nahezu instantan möglich, insbesondere bei Verwendung von Auswerteverfahren basierend auf mathematischen Modellen der Aktordynamik, jedoch sind hinreichend große Abtastraten im Verhältnis zur relevanten Dither-Frequenz erforderlich. Für Anwendungen, bei denen dies problematisch sein könnte, wird nachfolgend ein Verfahren bzw. eine (bevorzugt analoge) Schaltung vorgeschlagen, um die Wirksamkeit des Dither-Signals mit zu ermitteln. Somit kann die Wirksamkeit des Dither-Signals unabhängig von der Abtastrate der Echtzeitsteuerung ermittelt werden.Although the determination of the effectiveness of the dither signal by evaluation of the current profile or voltage curve of the magnetic coil is very precise and almost instantaneously possible, especially when using evaluation based on mathematical models of actuator dynamics, but sufficiently large sampling rates in relation to the relevant dither frequency required. For applications in which this could be problematic, a method or (preferably analog) circuit is proposed below in order to determine the effectiveness of the dither signal. Thus, the effectiveness of the dither signal can be determined independently of the sampling rate of the real-time control.

Der Kern der Erfindung ist, dass durch Kombination elektronischer Bauelemente ein Signal, nachfolgend als Kenngröße K bezeichnet, generiert wird, welches näherungsweise proportional zur Spitze-zu-Spitze-Differenz der vom Dither-Signal hervorgerufenen bewegungsinduzierten Spannung ist. Dabei wird bevorzugt eine analoge Schaltungsanordnung verwendet, so dass ein Analogsignal generiert wird. Prinzipiell führt ein dem Stellsignal des elektromagnetischen Aktors überlagertes Dither-Signal zu schnellen Mikrobewegungen des Magnetankers. Diese Mikro-bewegungen induzieren eine Spannung, deren (mittlere) Leistung umso größer ist, je schneller die Mikrobewegungen sind.The essence of the invention is that by combining electronic components, a signal, hereinafter referred to as characteristic K, is generated which is approximately proportional to the peak-to-peak difference of the motion-induced voltage caused by the dither signal. In this case, an analog circuit arrangement is preferably used, so that an analog signal is generated. In principle, a dither signal superimposed on the actuating signal of the electromagnetic actuator leads to rapid micro-movements of the magnet armature. These micro-motions induce a voltage whose (average) power is greater the faster the micro-motions are.

Die Schaltung zur Bewertung der Wirksamkeit eines Dither-Signals wird nachfolgend beschrieben. Somit wird auch der Signalfluss ersichtlich.The circuit for evaluating the effectiveness of a dither signal will be described below. Thus, the signal flow is apparent.

Bereitgestellt wird eine Schaltung zur Bewertung der Wirksamkeit eines Dither-Signals für elektromagnetische Aktoren, wobei die Schaltung eine erste Filterstufe aufweist, der als Eingangssignal zumindest ein Spannungssignal der Magnetspule des Aktors zugeführt wird, wobei das Spannungssignal ein Ansteuersignal und ein dem Ansteuersignal überlagertes Dither-Signal umfasst. Die Schaltung weist ferner einen Gleichrichter auf, dem das Filter-Ausgangssignal der ersten Filterstufe zugeführt wird, wobei das Gleichrichter-Ausgangssignal als Kenngröße zur Bewertung der Wirksamkeit des Dither-Signals ausgegeben wird.Provided is a circuit for evaluating the effectiveness of a dither signal for electromagnetic actuators, wherein the circuit has a first filter stage, the input signal at least one voltage signal is supplied to the magnetic coil of the actuator, wherein the voltage signal comprises a drive signal and a dither signal superimposed on the drive signal. The circuit further includes a rectifier to which the filter output signal of the first filter stage is applied, the rectifier output signal being output as a parameter for evaluating the effectiveness of the dither signal.

Die Reibung des Magnetankers und andere nichtlineare Effekte führen dazu, dass die resultierenden Mikrobewegungen und somit auch die induzierte Spannung eine deutliche Anregung auch bei Oberwellen des Dither-Signals zeigen. Durch die Verwendung eines bevorzugt schmalbandigen Filters als erste Filterstufe, welches derart gewählt ist, dass es durchlässig für (eine) Oberwelle(n) bzw. für einen charakteristischen Frequenzbereich des Dither-Signals ist, kann also die Wirkung des Dither-Signals besonders gut von dem Dither-Signal selbst separiert werden. Der Ausgang des Filters bzw. der ersten Filterstufe ist in diesem Fall also vom Dither-Signal selbst nahezu unbeeinflusst und das Ausgangssignal der ersten Filterstufe erlaubt daher eine besonders zuverlässige Bewertung der Dither-Wirksamkeit.Friction of the magnet armature and other non-linear effects cause the resulting micromotion and thus also the induced voltage to show a clear excitation even with harmonics of the dither signal. By using a preferably narrow-band filter as the first filter stage, which is selected such that it is transparent to (a) harmonic wave (s) or for a characteristic frequency range of the dither signal, so the effect of the dither signal can be particularly good from the dither signal itself be separated. The output of the filter or the first filter stage is in this case therefore almost unaffected by the dither signal itself and the output signal of the first filter stage therefore allows a particularly reliable evaluation of the dither efficiency.

In einer Ausführung ist das Dither-Signal sinusförmig. Dies führt dazu, dass das Dither-Signal selbst zu nahezu keiner Anregung im Ausgang der ersten Filterstufe führt und es somit dem Gleichrichter weitestgehend unverändert zugeführt wird.In one embodiment, the dither signal is sinusoidal. This leads to the fact that the dither signal itself leads to almost no excitation in the output of the first filter stage and thus it is supplied to the rectifier largely unchanged.

In einer Ausführung wird das Gleichrichter-Ausgangssignal einer zweiten Filterstufe zugeführt und das Ausgangssignal der zweiten Filterstufe wird als Kenngröße zur Bewertung der Wirksamkeit des Dither-Signals ausgegeben. Bevorzugt ist die zweite Filterstufe ein Tiefpassfilter oder ein schmalbandiges Filter, welches für zumindest eine Oberwelle des Dither-Signals durchlässig ist.In one embodiment, the rectifier output is applied to a second filter stage and the output of the second filter stage is output as a measure to evaluate the effectiveness of the dither signal. Preferably, the second filter stage is a low-pass filter or a narrow-band filter, which is permeable to at least one harmonic of the dither signal.

Der Tiefpassfilter dient zur Glättung der Welligkeit des Gleichrichter-Ausgangssignals. Das resultierende Signal weist also eine geringe Welligkeit auf, wobei der Mittelwert dieses Signals umso größer ist, je größer die mittlere Leistung am Ausgang des Gleichrichters ist. Das Ausgangssignal des Tiefpassfilters ist also umso größer, je größer die Dither-Wirksamkeit ist.The low-pass filter is used to smooth the ripple of the rectifier output signal. The resulting signal thus has a low ripple, the mean value of this signal being greater, the greater the average power at the output of the rectifier. The output signal of the low-pass filter is thus greater, the greater the dither efficiency.

Die erste Filterstufe ist in einer Ausgestaltung derart gewählt, dass die Amplitude des Ausgangssignals der ersten Filterstufe um den Wert Null oszilliert. Dabei ist die Amplitude umso größer, je schneller die Ankerbewegung infolge des Dither-Signals ist, d.h. je höher also die Wirksamkeit des Dither-Signals ist.The first filter stage is chosen in one embodiment such that the amplitude of the output signal of the first filter stage oscillates by the value zero. The faster the armature movement is due to the dither signal, the greater the amplitude. the higher the effectiveness of the dither signal.

Das Ausgangssignal der ersten Filterstufe wird anschließend einem Gleichrichter zugeführt. Das Ausgangssignal des Gleichrichters ist dann ein welliges, nichtnegatives Signal mit umso größerer mittlerer Leistung, je größer die Amplitude des Ausgangssignals der ersten Filterstufe war, also je größer die Wirksamkeit des Dither-Signals ist.The output signal of the first filter stage is then fed to a rectifier. The output signal of the rectifier is then a wavy, non-negative signal with greater average power, the greater the amplitude of the output signal of the first filter stage, so the greater the effectiveness of the dither signal.

Bevorzugt ist die Schaltung zumindest teilweise als analoge Schaltung aufgebaut.Preferably, the circuit is at least partially constructed as an analog circuit.

In einer Ausführung wird die Kenngröße zur Bewertung der Wirksamkeit des Dither-Signals einer Bewertungseinrichtung zugeführt, die basierend auf der Amplitude oder einem Pegel der Kenngröße die Wirksamkeit des Dither-Signals bestimmt.In one embodiment, the characteristic for evaluating the effectiveness of the dither signal is supplied to a weighting device that determines the effectiveness of the dither signal based on the amplitude or level of the characteristic.

Ferner wird ein Verfahren zur Bewertung der Wirksamkeit eines Dither-Signals für elektromagnetische Aktoren bereitgestellt, wobei eine Amplitude oder ein Pegel der durch eine vorher beschriebene Schaltung resultierenden Kenngröße zur Bewertung der Wirksamkeit des Dither-Signals verwendet wird, wobei die Wirksamkeit des Dither-Signals umso höher bewertet wird, je größer die Amplitude oder der Pegel ist.Further, there is provided a method of evaluating the effectiveness of a dither signal for electromagnetic actuators, wherein an amplitude or level of the characteristic resulting from a previously described circuit is used to evaluate the effectiveness of the dither signal, the more the effectiveness of the dither signal The higher the amplitude or the level, the higher the rating.

Ferner wird ein Verfahren zur Adaption eines Dither-Signals für einen elektromagnetischen Aktor bereitgestellt, wobei in einem ersten Schritt die Kenngröße gemäß dem oben beschriebenen Verfahren ermittelt wird, und in einem zweiten Schritt ein Vergleich der Kenngröße mit einem vorgegebenen Sollwert erfolgt, und in einem dritten Schritt zumindest ein Parameter des Dither-Signals abhängig von dem Vergleich zwischen Kenngröße und Sollwert angepasst wird.Further, a method for adapting a dither signal for an electromagnetic actuator is provided, wherein in a first step, the characteristic is determined according to the method described above, and in a second step, a comparison of the characteristic takes place with a predetermined desired value, and in a third Step at least one parameter of the dither signal is adjusted depending on the comparison between characteristic and setpoint.

In einer Ausgestaltung erfolgt die Anpassung des Dither-Signals derart, dass die mittlere Leistung des Dither-Signals erhöht wird, wenn erfasst wurde, dass die Kenngröße kleiner als der Sollwert ist, und die mittlere Leistung des Dither-Signals verringert wird, wenn erfasst wurde, dass die Kenngröße größer als der Sollwert ist.In one embodiment, the dither signal is adjusted to increase the average power of the dither signal when it is detected that the characteristic is less than the target value and decreases the average power of the dither signal when detected in that the parameter is greater than the nominal value.

Durch das vorgeschlagene Verfahren der Adaption des Dither-Signals bzw. der Ditherparameter bei mechatronischen Systemen mit elektromagnetischen Aktoren wird eine Verringerung der Entwicklungs-, Stück- und Gewährleistungskosten, eine Erhöhung der Lebensdauer und gleichmäßigere Funktionsqualität über die Lebensdauer erzielt. Zusätzlich wird mit dem Verfahren der sogenannte Silting-Effekt reduziert.The proposed method of adapting the dither signal or dither parameters in mechatronic systems with electromagnetic actuators achieves a reduction in development, unit and warranty costs, an increase in the service life and a more consistent functional quality over the service life. In addition, the method reduces the so-called silting effect.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungsgemäße Einzelheiten zeigt, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.Further features and advantages of the invention will become apparent from the following description of embodiments of the invention, with reference to the figures of the drawing, the inventive Details shows, and from the claims. The individual features can be realized individually for themselves or for several in any combination in a variant of the invention.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.

  • 1 zeigt eine prinzipielle Schaltungsanordnung gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
  • 2 zeigt ein Ablaufdiagramm des Verfahrens zur Adaption eines Dither-Signals für einen elektromagnetischen Aktor gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
Preferred embodiments of the invention are explained below with reference to the accompanying drawings.
  • 1 shows a basic circuit arrangement according to an embodiment of the present invention.
  • 2 shows a flowchart of the method for adapting a dither signal for an electromagnetic actuator according to an embodiment of the present invention.

Ein dem Stellsignal bzw. Ansteuersignal des elektromagnetischen Aktors überlagertes Dither-Signal führt zu (schnellen) Mikrobewegungen des Magnetankers. Der Anker hat also zu fast jedem Zeitpunkt eine nicht verschwindende Geschwindig-keit. Diese bewirkt gemäß dem Faraday'schen Induktionsgesetz eine ständige Änderung des magnetischen Flusses des Elektromagneten und wird somit im Zusammenhang zwischen Spulenspannung und Spulenstrom als bewegungs-induzierte Spannung sichtbar. Bei einer hohen Reibung wird dasselbe Dither-Signal nur zu geringeren Ankergeschwindigkeiten und entsprechend zu geringeren bewegungsinduzierten Spannungen führen als bei einer niedrigen Reibung. Die durch das Dither-Signal erzeugten Mikrobewegungen induzieren eine Spannung, deren mittlere Leistung umso größer ist, je schneller die Mikrobewegungen sind, d.h. je größer die Amplitude ist. Daher kann anhand des Spannungs-Strom-Verlaufs der Magnetspule prinzipiell auf die Wirksamkeit des Dithers geschlossen werden.A dither signal superimposed on the actuating signal or drive signal of the electromagnetic actuator leads to (rapid) micro movements of the magnet armature. So the anchor has a non-vanishing speed almost every time. This causes a constant change in the magnetic flux of the electromagnet according to the Faraday's law of induction and is thus visible in the relationship between coil voltage and coil current as a motion-induced voltage. At high friction, the same dither signal will only result in lower armature speeds and correspondingly lower motion-induced stresses than at low friction. The micro-motions generated by the dither signal induce a voltage whose average power is greater the faster the micro-motions are, i. the larger the amplitude is. Therefore, based on the voltage-current curve of the solenoid can be inferred in principle on the effectiveness of the dither.

Die in 1 gezeigte stark vereinfachte Prinzip-Schaltung 100 weist eine erste Filterstufe 1 auf, der als Eingangssignal V1 ein Spannungssignal der Magnetspule des elektromagnetischen Aktors, z.B. eines Hydraulik- oder Pneumatikventils, zugeführt wird. Das Spannungssignal V1 umfasst dabei ein Ansteuersignal und ein dem Ansteuersignal überlagertes Dither-Signal. Das Filter-Ausgangssignal V2 der ersten Filterstufe 1 wird einem Gleichrichter 2 als Eingangssignal des Gleichrichters zugeführt. Das Gleichrichter-Ausgangssignal V3 wird als Kenngröße K zur Bewertung der Wirksamkeit des Dither-Signals ausgegeben, wenn keine zweite Filterstufe 3 vorhanden ist. Wenn eine zweite Filterstufe 3 vorhanden ist, wird das Gleichrichter-Ausgangssignal V3 dieser zugeführt, wie in 1 gezeigt und dort gefiltert. Das resultierende Ausgangssignal V4 der zweiten Filterstufe 3 kann als Tiefpassfilter-Ausgangssignal V4 bezeichnet werden, da die zweite Filterstufe 3 in der Regel als Tiefpassfilter 3 ausgebildet ist. Das Tiefpassfilter-Ausgangssignal V4 ist dann die Kenngröße K zur Bewertung der Wirksamkeit des Dither-Signals. Die Kenngröße K ist dabei wieder ein Signal. Wenn keine zweite Filterstufe 3 vorhanden ist, dient das Gleichrichter-Ausgangssignal V3 als Kenngröße K.In the 1 shown greatly simplified principle circuit 100 has a first filter stage 1 on, the input signal V1 a voltage signal of the solenoid coil of the electromagnetic actuator, for example a hydraulic or pneumatic valve, is supplied. The voltage signal V1 comprises a drive signal and a dither signal superimposed on the drive signal. The filter output signal V2 the first filter stage 1 becomes a rectifier 2 fed as input to the rectifier. The rectifier output signal V3 is used as a parameter K to evaluate the effectiveness of the dither signal when no second filter stage 3 is available. If a second filter stage 3 is present, the rectifier output signal V3 this fed, as in 1 shown and filtered there. The resulting output signal V4 the second filter stage 3 may be referred to as low-pass filter output V4, since the second filter stage 3 usually as a low-pass filter 3 is trained. The low pass filter output V4 is then the characteristic K to evaluate the effectiveness of the dither signal. The characteristic K is again a signal. If no second filter stage 3 is present, the rectifier output signal is used V3 as a parameter K ,

Die Kenngröße K zur Bewertung der Wirksamkeit des Dither-Signals kann dann weiter in eine (nicht gezeigte) Bewertungseinrichtung als Eingangssignal eingehen. Dabei wird die Wirksamkeit des Dither-Signals aufgrund der Schaltung und der Charakteristik von Dither-Signalen umso höher bewertet, je größer die Amplitude oder ein Pegel des Ausgangssignals V1 der ersten Filterstufe 1 und damit die Kenngröße K nach Durchlaufen der Schaltung 100 ist. Die Bewertungseinrichtung kann wiederum als eine zumindest teilweise analoge Schaltung ausgeführt sein, oder das Signal bzw. die Kenngröße K wird direkt z.B. an ein auf einem Steuergerät ausgeführtes Computerprogramm(produkt) weitergeleitet und dort weiterverarbeitet. Die Weiterverarbeitung kann derart erfolgen, dass z.B. ein Verfahren zur Adaption eines Dither-Signals für einen elektromagnetischen Aktor angewendet wird, wie in 2 beschrieben.The characteristic K for evaluating the effectiveness of the dither signal may then further input into a (not shown) evaluation device as an input signal. In this case, the higher the amplitude or one level of the output signal, the higher the effectiveness of the dither signal due to the circuit and the characteristic of dither signals V1 the first filter stage 1 and thus the characteristic K after going through the circuit 100 is. The evaluation device can in turn be embodied as an at least partially analog circuit, or the signal or the characteristic K is forwarded directly eg to a running on a control computer program (product) and processed there. The further processing can be carried out such that, for example, a method for adapting a dither signal for an electromagnetic actuator is used, as in 2 described.

Weicht die Kenngröße K, also die ermittelte Wirksamkeit des Dither-Signals, vom Sollwert ab, so wird zumindest ein Parameter des Dither-Signals, z.B. die mittlere Leistung bei einem stochastischen Dither-Signal oder die Spitze-zu-Spitze-Spannung bzw. der Spitze-zu-Spitze-Strom bei einem deterministischen Dither-Signal, also z.B. einem sinus-, dreieck- oder rechteckförmigen Dither-Signal, angepasst. Das heißt z.B. dass bei zu geringem Dither-Effekt die (mittlere) Leistung des Dither-Signals erhöht und bei einem zu großen Dither-Effekt die (mittlere) Leistung des Dither-Signals verringert wird. Das Verfahren kann auf einem elektrischen Steuergerät z.B. als Computerprogramm ausgeführt werden, wobei das Steuergerät dazu eingerichtet sein kann, die Spulenspannung und auch den Spulenstrom zu erfassen oder übermittelt zu bekommen, um den Verlauf des Ankers zu bestimmen.Dodges the characteristic K , ie, the determined effectiveness of the dither signal, deviates from the nominal value, at least one parameter of the dither signal, eg the average power in the case of a stochastic dither signal or the peak-to-peak voltage or the peak-to-peak voltage, respectively. Peak current with a deterministic dither signal, eg a sinusoidal, triangular or rectangular dither signal, adapted. This means, for example, that if the dither effect is too low, the (average) power of the dither signal is increased, and if the dither effect is too large, the (average) power of the dither signal is reduced. The method can be carried out on an electrical control unit, for example as a computer program, wherein the control unit can be configured to detect the coil voltage and also the coil current or to get transmitted to determine the course of the armature.

Die Schaltung realisiert also das Verfahren zur Ermittlung der Kenngröße K wie nachfolgend beschrieben.The circuit thus realizes the method for determining the characteristic K as described below.

In einem ersten Schritt S1 wird die Kenngröße K der Wirksamkeit des Dither-Signals über die oben beschriebene Schaltung ermittelt.In a first step S1, the characteristic K the effectiveness of the dither signal is determined via the circuit described above.

In einem zweiten Schritt S2 erfolgt ein Vergleich der Kenngröße K der Wirksamkeit des Dither-Signals mit einem vorgegebenen Sollwert. Der vom Arbeitspunkt und den Betriebsbedingungen abhängige Sollwert kann z.B. ein vom mittleren Solldruck bei einem Druckregelventil oder dem mittleren Spulenstrom der Magnetspule, sowie ein von einer Öltemperatur bei einem hydraulischen Ventil abhängiger Wert sein.In a second step S2, the characteristic is compared K the effectiveness of the dither signal with a given setpoint. The setpoint dependent on the operating point and the operating conditions may be, for example, a value dependent on the mean nominal pressure in the case of a pressure regulating valve or the mean coil current of the magnet coil, as well as a value dependent on an oil temperature in the case of a hydraulic valve.

Der Sollwert kann für den gesamten Arbeitsbereich des Aktors konstant sein oder als im Speicher des elektrischen Steuergerätes hinterlegte Kennlinie oder als ein Kennfeld oder sonstige Funktion je nach Arbeitspunkt und Umgebungsbedingungen, z.B. Spulenspannung, Spulenstrom, Druck, Volumenstrom, Ankerposition, Fluidtemperatur oder Umgebungstemperatur, unterschiedlich sein.The set value can be constant for the entire working range of the actuator or as a characteristic stored in the memory of the electrical control unit or as a characteristic diagram or other function depending on the operating point and ambient conditions, e.g. Coil voltage, coil current, pressure, volume flow, anchor position, fluid temperature or ambient temperature, be different.

In einem dritten Schritt S3 wird zumindest ein Parameter des Dither-Signals abhängig von dem Vergleich zwischen Kenngröße und Sollwert angepasst. Je nach Abstand zwischen der Kenngröße K und dem Sollwert wird die (mittlere) Leistung des Dither-Signals vergrößert oder verringert, also adaptiert. Dies erfolgt z.B. mittels eines Regleralgorithmus oder durch Adaption eines im Speicher des elektrischen Steuergerätes hinterlegten Kennfeldes, einer Kennlinie oder den Parametern einer sonstigen Funktion, mit der aus Arbeitspunkt und Umgebungsbedingungen der Sollwert für den betreffenden Parameter des Dither-Signals errechnet wird.In a third step S3, at least one parameter of the dither signal is adjusted as a function of the comparison between characteristic value and setpoint value. Depending on the distance between the characteristic K and the setpoint, the (average) power of the dither signal is increased or decreased, so adapted. This is done, for example, by means of a controller algorithm or by adaptation of a stored in the memory of the electrical control unit map, a characteristic or the parameters of another function, with the operating point and environmental conditions of the setpoint for the relevant parameter of the dither signal is calculated.

Zur Adaption können entsprechende bekannte Regler-Verfahren verwendet werden, beispielsweise Proportional- oder Proportional-Integral-Regler. Ebenso sind bekannte echtzeitfähige Adaptionsverfahren verwendbar, z.B. Least-Mean-Square-Algorithmus oder rekursive Least-Squares-Parameteridentifikation.For adaptation, corresponding known controller methods can be used, for example proportional or proportional-integral controllers. Likewise, known real-time adaptive methods are usable, e.g. Least mean square algorithm or recursive least squares parameter identification.

Durch das vorgeschlagene Verfahren der Adaption der Ditherparameter bei mechatronischen Systemen mit elektromagnetischen Aktoren wird eine Verringerung der Entwicklungs-, Stück- und Gewährleistungskosten, eine Erhöhung der Lebens-dauer und gleichmäßigere Funktionsqualität über die Lebensdauer erzielt. Zusätzlich wird mit dem Verfahren der vorliegenden Erfindung der sogenannte Silting-Effekt reduziert.The proposed method of adaptation of the dither parameters in mechatronic systems with electromagnetic actuators achieves a reduction in development, unit and warranty costs, an increase in the service life and a more consistent functional quality over the service life. In addition, with the method of the present invention, the so-called silting effect is reduced.

Das vorgeschlagene Verfahren kann als ein Computerprogramm(produkt) ausgeführt sein, das basierend auf bereitgestellten Daten die entsprechenden Verarbeitungsschritte durchführt. Das Computerprogramm(produkt) kann wiederum auf einem oder mehreren Steuergeräten ausgeführt werden. Das Steuergerät kann dabei die benötigten Daten bzw. Informationen selbst generieren oder von anderen Einrichtungen empfangen und dann gemäß dem beschriebenen Verfahren verarbeiten.The proposed method may be implemented as a computer program (product) that performs the corresponding processing steps based on provided data. The computer program (product) can in turn be executed on one or more control units. The control unit can generate the required data or information itself or received by other devices and then process according to the described method.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

100100
Schaltungcircuit
11
erste Filterstufefirst filter stage
22
Gleichrichterrectifier
33
zweite Filterstufe, Tiefpassfiltersecond filter stage, low-pass filter
V1V1
Eingangssignal V1 erste Filterstufeinput V1 first filter stage
V2V2
Filter-Ausgangssignal V2 der ersten Filterstufe 1, Eingangssignal des GleichrichtersFilter output V2 the first filter stage 1 , Input signal of the rectifier
V3V3
Gleichrichter-AusgangssignalRectifier output signal
V4V4
Tiefpassfilter-AusgangssignalLow-pass filter output signal
KK
Kenngröße zur Bewertung der Wirksamkeit des Dither-SignalsParameter for evaluating the effectiveness of the dither signal

Claims (10)

Schaltung (100) zur Bewertung der Wirksamkeit eines Dither-Signals für elektromagnetische Aktoren, wobei die Schaltung eine erste Filterstufe (1) aufweist, der als Eingangssignal (V1) zumindest ein Spannungssignal der Magnetspule des Aktors zugeführt wird, wobei das Spannungssignal (V1) ein Ansteuersignal und ein dem Ansteuersignal überlagertes Dither-Signal umfasst, und einen Gleichrichter (2), dem das Filter-Ausgangssignal (V2) der ersten Filterstufe (1) zugeführt wird, wobei das Gleichrichter-Ausgangssignal (V3) als Kenngröße (K) zur Bewertung der Wirksamkeit des Dither-Signals ausgegeben wird.Circuit (100) for evaluating the effectiveness of a dither signal for electromagnetic actuators, wherein the circuit comprises a first filter stage (1), is supplied as an input signal (V1) at least one voltage signal of the magnetic coil of the actuator, wherein the voltage signal (V1) a Drive signal and a drive signal superimposed dither signal comprises, and a rectifier (2) to which the filter output signal (V2) of the first filter stage (1) is supplied, wherein the rectifier output signal (V3) as a characteristic (K) for evaluation the effectiveness of the dither signal is output. Schaltung (100) nach Anspruch 1, wobei das Dither-Signal sinusförmig ist.Circuit (100) after Claim 1 wherein the dither signal is sinusoidal. Schaltung (100) nach Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend eine zweite Filterstufe (3), der das Gleichrichter-Ausgangssignal (V3) zugeführt wird, wobei das Ausgangssignal der zweiten Filterstufe (V4) als Kenngröße (K) zur Bewertung der Wirksamkeit des Dither-Signals ausgegeben wird.Circuit (100) after Claim 1 or 2 further comprising a second filter stage (3) to which the rectifier output signal (V3) is supplied, the output signal of the second filter stage (V4) being output as a characteristic (K) for evaluating the effectiveness of the dither signal. Schaltung (100) nach Anspruch 3, wobei die zweite Filterstufe (3) ein Tiefpassfilter oder ein schmalbandiges Filter ist, welches für zumindest eine Oberwelle des Dither-Signals durchlässig ist.Circuit (100) after Claim 3 wherein the second filter stage (3) is a low-pass filter or a narrow-band filter which is transparent to at least one harmonic of the dither signal. Schaltung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Filterstufe (1) derart gewählt ist, dass die Amplitude des Ausgangssignals (V1) der ersten Filterstufe (1) um den Wert Null oszilliert.Circuit (100) according to one of the preceding claims, wherein the first filter stage (1) is selected such that the amplitude of the output signal (V1) of the first filter stage (1) oscillates by the value zero. Schaltung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schaltung (100) zumindest teilweise als analoge Schaltung aufgebaut ist.Circuit (100) according to one of the preceding claims, wherein the circuit (100) is at least partially constructed as an analog circuit. System mit einer Schaltung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, und einer Bewertungseirichtung, der die Kenngröße (K) zur Bewertung der Wirksamkeit des Dither-Signals zugeführt wird, und die basierend auf der Amplitude oder einem Pegel der Kenngröße (K) die Wirksamkeit des Dither-Signals bestimmt. A system comprising a circuit (100) according to any one of the preceding claims, and an evaluation device to which the characteristic (K) for evaluating the effectiveness of the dither signal is applied, and the efficiency based on the amplitude or a level of the characteristic (K) of the dither signal. Verfahren zur Bewertung der Wirksamkeit eines Dither-Signals für elektromagnetische Aktoren, wobei eine Amplitude oder ein Pegel der durch eine Schaltung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche resultierenden Kenngröße (K) zur Bewertung der Wirksamkeit des Dither-Signals verwendet wird, wobei die Wirksamkeit des Dither-Signals umso höher bewertet wird, je größer die Amplitude oder der Pegel ist.A method of evaluating the effectiveness of a dither signal for electromagnetic actuators wherein an amplitude or level of the characteristic (K) resulting from a circuit (100) according to any one of the preceding claims is used to evaluate the effectiveness of the dither signal; The higher the amplitude or level, the higher the value of the dither signal is. Verfahren zur Adaption eines Dither-Signals für einen elektromagnetischen Aktor, wobei in einem ersten Schritt (S1) die Kenngröße (K) gemäß dem Verfahren nach Anspruch 8 ermittelt wird, und in einem zweiten Schritt (S2) ein Vergleich der Kenngröße (K) mit einem vorgegebenen Sollwert erfolgt, und in einem dritten Schritt (S3) zumindest ein Parameter des Dither-Signals abhängig von dem Vergleich zwischen Kenngröße (K) und Sollwert angepasst wird.Method for adapting a dither signal for an electromagnetic actuator, wherein in a first step (S1) the parameter (K) according to the method of Claim 8 is determined, and in a second step (S2), a comparison of the characteristic (K) with a predetermined setpoint occurs, and in a third step (S3) at least one parameter of the dither signal depending on the comparison between characteristic (K) and setpoint is adjusted. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Anpassung des Dither-Signals derart erfolgt, dass die mittlere Leistung des Dither-Signals erhöht wird, wenn erfasst wurde, dass die Kenngröße (K) kleiner als der Sollwert ist, und die mittlere Leistung des Dither-Signals verringert wird, wenn erfasst wurde, dass die Kenngröße (K) größer als der Sollwert ist.Method according to Claim 9 wherein the adjustment of the dither signal is such as to increase the average power of the dither signal when it is detected that the characteristic (K) is less than the target value and the average power of the dither signal is decreased when was detected that the characteristic (K) is greater than the setpoint.
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