DE102017212774A1 - Steuerung eines Reluktanzaktuators - Google Patents

Abstract

Ein Verfahren (200) zum Steuern einer elektromagnetischen Kraft, die zwischen einer stromdurchflossenen Spule (110) und einem ferromagnetischen Anker (115) wirkt, umfasst Schritte des Bestimmens (205) eines durch die Spule (110) fließenden Stroms, wobei der Strom einen kraftbildenden und einen wirbelstrombildenden Strom umfasst; des Bestimmens (210) des kraftbildenden Stroms; des (210) Bestimmens einer Position und einer Geschwindigkeit des Ankers (115) gegenüber der Spule (110); des Bestimmens eines Sollstroms, der durch die Spule (110) fließen soll, auf der Basis eines gewünschten kraftbildenden Stroms, des kraftbildenden Stroms, der Position und der Geschwindigkeit des Ankers (115); und des Bestimmens (230) einer Sollspannung (u), die an der Spule (110) zu bewirken ist, um den bestimmten Sollstrom einzustellen.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft die Steuerung eines Reluktanzaktuators, der eine Spule und einen Anker umfasst. Insbesondere betrifft die Erfindung die Steuerung der zwischen dem Anker und der Spule wirkenden elektromagnetischen Kraft.
• Ein Reluktanzaktuator umfasst eine Spule und einen ferromagnetischen Anker. Fließt ein elektrischer Strom durch die Spule, so wird ein elektromagnetisches Feld erzeugt, das eine Kraft auf den Anker bewirkt. Üblicherweise wird für den Anker ein massives ferromagnetisches Element verwendet, in dem sich im elektromagnetischen Feld Wirbelströme bilden können, die den Anker erwärmen. Dadurch wird dem Feld Energie entzogen, die nicht zur Bildung der Kraft zur Verfügung steht. Der durch die Spule fließende Strom umfasst also einen ersten Anteil, der die Kraft zwischen der Spule und dem Anker bildet, und einen zweiten Anteil, der durch die Wirbelströme den Anker erwärmt. Eine übliche Steuerung des Reluktanzaktuators bezieht sich jedoch auf den gesamten durch die Spule fließenden Strom. Unter unterschiedlichen Bedingungen kann daher bei gleichem Spulenstrom die erzeugte Kraft unterschiedlich sein. Dies schränkt die Dynamik üblicher Reluktanzaktoren ein und verschlechtert die dynamische Stell- bzw. Regelgenauigkeit des Aktors.
• Eine der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe besteht darin, eine verbesserte Technik zur Steuerung eines Reluktanzaktors anzugeben. Die Erfindung löst diese Aufgabe mittels der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder.
• Ein Verfahren zum Steuern einer elektromagnetischen Kraft, die zwischen einer stromdurchflossenen Spule und einem ferromagnetischen Anker wirkt, umfasst Schritte
• • des Bestimmens eines durch die Spule fließenden Stroms (Ist-Wert), wobei der Strom einen kraftbildenden Strom (Ist-Wert) und einen wirbelstrombildenden Strom (Ist-Wert) umfasst;
• • des Bestimmens des kraftbildenden Stroms (Ist-Wert);
• • des Bestimmens einer Position und einer Geschwindigkeit des Ankers gegenüber der Spule (Ist-Werte);
• • des Bestimmens eines Sollstroms (Soll-Wert), der durch die Spule fließen soll, auf der Basis eines gewünschten kraftbildenden Stroms (Soll-Wert), des kraftbildenden Stroms (Ist-Wert), der Position und der Geschwindigkeit des Ankers (Ist-Wert); und
• • des Bestimmens einer Sollspannung (Soll-Wert), die an der Spule zu bewirken ist, um den bestimmten Sollstrom (Soll-Wert) einzustellen.
• Das Folgeverhalten des Reluktanzaktors bei schnellen Änderungen der gewünschten Magnetkraft und bei schnellen Bewegungen des Magnetankers kann durch das Verfahren verbessert sein, ohne dass ein zusätzlicher Sensor benötigt wird. Zur Bestimmung der Sollspannung auf der Basis des bestimmten Stroms kann ein einfacher Regler verwendet werden, der in einer bevorzugten Ausführungsform nur maximal zwei Reglerkoeffizienten erfordert, die leicht verständlich sein können. Die Applikation des Reglers an die Zielanwendung oder eine automatische Adaption der Reglerkoeffizienten im Betrieb des Aktors kann dadurch erleichtert sein.
• Die Erfindung kann für praktisch alle Arten von elektromagnetischer Reluktanzaktoren genutzt werden, beispielsweise für Stellmagnete, Aktoren zum Öffnen oder Schließen von Klauenkupplungen, elektromagnetisch betätigte Reibkupplungen, Hydraulik- oder Pneumatikventile oder aktive elektromagnetische Lager. Ferner kann die Erfindung für praktisch alle Arten mechatronischer Systeme mit elektromagnetischen Reluktanzaktoren verwendet werden, beispielsweise für Fahrzeug- oder Windkraftgetriebe, Lenksysteme, Bremssysteme, Schwingungstilger, etwa ein aktives Motorlager, für Schwingungserreger, etwa einen Aktor für einen Vibrationstisch, für elektromagnetisch gelagerte Werkzeugspindeln, elektromagnetisch gelagerte Zentrifugen oder elektromagnetisch gelagerte rotierende Energiespeicher.
• Die Sollspannung kann zusätzlich auf der Basis einer gewünschten Änderung des gewünschten kraftbildenden Stroms bestimmt werden. Ein gewünschter Verlauf oder eine gewünschte Trajektorie des kraftbildenden Stroms kann so verbessert unterstützt werden. Beispielsweise kann die Trajektorie bezüglich eines gewünschten Arbeitswegs des Ankers bestimmt sein. Ein Betätigungsverhalten des Aktors, insbesondere eine dynamische Betätigung, kann dadurch verbessert gesteuert werden.
• Der gewünschte kraftbildende Strom kann auf der Basis einer gewünschten wirkenden Kraft bestimmt werden. Die Steuerung bezüglich der Kraft kann leichter in einer Applikation angewendet werden, wenn beispielsweise eine entgegen der elektromagnetischen Kraft wirkende Gegenkraft bekannt ist. Häufig ist die Gegenkraft proportional zur Position des Ankers, beispielsweise wenn der Anker mittels eines elastischen Elements wie einer Feder in eine Ausgangsstellung gedrückt wird, aus der mittels elektromagnetischer Kraft eine Auslenkung erfolgt.
• Die bestimmte Sollspannung kann derart bestimmt werden, dass sie eine induzierte Spannung kompensiert, die sich aufgrund der Bewegung des Ankers gegenüber der Spule einstellt. Die induzierte Spannung ist von der Geschwindigkeit des Ankers gegenüber der Spule abhängig, durch Kompensieren der induzierten Spannung kann eine dynamische Betätigung des Ankers verbessert gesteuert werden.
• Die induzierte Spannung kann mittels eines Beobachters auf der Basis der an der Spule anliegenden Spannung und des durch die Spule fließenden Stroms bestimmt werden. Ein Beobachter (auch als Zustandsbeobachter oder engl. observer oder state observer bekannt) ist dabei allgemein ein System, das aus bekannten Eingangsgrößen (z.B. Stellgrößen oder messbaren Störgrößen) und Ausgangsgrößen (Messgrößen) eines beobachteten Referenzsystems nicht messbare Größen (Zustände) rekonstruiert. Dazu bildet der Beobachter das beobachtete Referenzsystem als Modell nach und führt mit einem Regler die messbaren, und deshalb mit dem Referenzsystem vergleichbaren, Zustandsgrößen nach. So kann vermieden werden, dass das Modell einen über die Zeit wachsenden Fehler generiert.
• Der kraftbildende Strom kann auf ähnliche Weise mittels eines Beobachters auf der Basis der an der Spule anliegenden Spannung und des durch die Spule fließenden Stroms bestimmt werden.
• Der Verlauf des gewünschten kraftbildenden Stroms kann von einer externen Quelle übernommen oder im Rahmen des Verfahrens bestimmt werden. In einer Ausführungsform wird der Verlauf in Abhängigkeit einer maximalen an der Spule anliegenden Spannung bestimmt. Die Sollspannung kann beispielsweise mittels einer Halbbrücke oder einer Brückenschaltung bereitgestellt werden, die mittels einer Zwischenkreisspannung gespeist wird. Dabei kann keine größere Spannung als die Zwischenkreisspannung bewirkt werden, sodass der Verlauf unter Berücksichtigung der maximalen Spannung bestimmt werden kann. Ein Steuerziel, beispielsweise eine möglichst schnelle Bewegung des Ankers von einer ersten in eine zweite Position, kann dadurch verbessert erreicht werden.
• Eine Vorrichtung zur Steuerung einer elektromagnetischen Kraft, die zwischen einer stromdurchflossenen Spule und einem ferromagnetischen Anker wirkt, umfasst eine Abtastvorrichtung zur Bestimmung eines durch die Spule fließenden Stroms, wobei der Strom einen kraftbildenden und einen wirbelstrombildenden Strom umfasst; und eine Verarbeitungseinrichtung. Dabei ist die Verarbeitungseinrichtung dazu eingerichtet, den kraftbildenden Strom zu bestimmen; eine Position und eine Geschwindigkeit des Ankers gegenüber der Spule zu bestimmen; einen Sollstrom, der durch die Spule fließen soll, auf der Basis eines gewünschten kraftbildenden Stroms, des kraftbildenden Stroms, der Position und der Geschwindigkeit des Ankers zu bestimmen; und ferner eine Sollspannung zu bestimmen, die an der Spule zu bewirken ist, um den bestimmten Sollstrom einzustellen.
• Die Verarbeitungseinrichtung kann dazu eingerichtet sein, das hierin beschriebene Verfahren ganz oder teilweise auszuführen. Insbesondere kann die Verarbeitungseinrichtung einen programmierbaren Mikrocomputer oder Mikrocontroller umfassen und das Verfahren kann in Form eines Computerprogrammprodukts vorliegen. Merkmale oder Vorteile der Vorrichtung können auf das Verfahren übertragen werden und umgekehrt.
• Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Figuren genauer beschrieben, in denen:
• 1 eine Vorrichtung zur Steuerung eines Reluktanzaktors; und
• 2 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Steuern eines Reluktanzaktors
darstellt.
• 1 zeigt eine Vorrichtung 100 zur Steuerung eines Reluktanzaktors 105, der eine Magnetspule 110 und einen Anker 115 umfasst. Der Reluktanzaktor 105 ist bevorzugt zur Betätigung einer externen Einrichtung eingerichtet und kann beispielsweise von einem Relais oder einem Aktor zur Betätigung eines Ventils oder zur mechanischen Betätigung einer Einrichtung umfasst sein.
• An der Spule 110 liegt eine Spannung u an und durch die Spule 110 fließt ein Spulenstrom i. Durch den Strom i wird im Bereich der Spule 110 ein elektromagnetisches Feld erzeugt, das eine Kraft zwischen der Spule 110 und dem Anker 115 erzeugt. Diese Kraft ist im Allgemeinen abhängig von einer Position z des Ankers 115, wobei die Position z üblicherweise den Abstand zwischen der Spule 110 und dem Anker 115 betrifft.
• Die Vorrichtung 100 ist dazu eingerichtet, eine zwischen der Spule 110 und dem Anker 115 wirkende Kraft zu steuern. Dazu umfasst die Vorrichtung 100 eine Abtastvorrichtung 120 zur Bestimmung des Stroms i und eine Verarbeitungsvorrichtung 125. Die Vorrichtung 100 bestimmt bevorzugt eine Sollspannung, die an der Spule 110 eingestellt werden soll, wobei die Sollspannung mittels eines Umsetzers 130 bewirkt werden kann. Der Umsetzer 130 kann insbesondere als Halbbrücke ausgeführt sein und zwei Halbleiterschaltelemente wie beispielsweise Transistoren umfassen, die in Serie zwischen Potentiale einer Zwischenkreisspannung Udc geschaltet sind. In einem Fahrzeug kann die Zwischenkreisspannung Udc der Spannung eines Bordnetzes entsprechen. Ein Anschluss der Spule 110 ist mit einem Mittenabgriff zwischen den Halbleiterschaltelementen verbunden, der andere Anschluss ist mit einem Potential der Zwischenkreisspannung Udc verbunden. Die Halbleiterschaltelemente werden periodisch zueinander invertiert geöffnet und geschlossen, sodass stets nur eines der Halbleiterschaltelemente geöffnet ist. Bevorzugt werden die Halbleiterschaltelemente mittels eines pulsweitenmodulierten Signals (PWM) angesteuert, wobei ein Tastverhältnis des PWM-Signals die bereitgestellte Spannung bestimmt.
• Die Verarbeitungseinrichtung 125 erhält eine Vorgabe in Form einer einzustellenden Kraft und bevorzugt noch eine weitere Vorgabe in Form einer Änderung der einzustellenden Kraft, also der ersten Ableitung der Kraft nach der Zeit. Die Vorgaben können von einem Trajektoriengenerator 135 bereitgestellt werden, der auch mit der Verarbeitungseinrichtung 125 integriert ausgeführt sein kann. Der Trajektoriengenerator 135 kann alternativ eine überlagerte Steuerung, einen überlagerten Regler ein anderes Steuergerät oder ein Eingabegerät umfassen. Zur Verbindung der Verarbeitungseinrichtung 125 mit dem Trajektoriengenerator 135 kann eine entsprechende Schnittstelle vorgesehen sein, die beispielsweise auf einen Datenbus wie den CAN-Bus führt. Der Trajektoriengenerator 135 kann einen festen, vorbestimmten Verlauf (eine Trajektorie) bereitstellen, der beispielsweise in einem Speicher abgelegt ist. Die Trajektorie kann auch dynamisch, beispielsweise in Abhängigkeit eines Betrags der Zwischenkreisspannung Udc, bestimmt werden.
• Der durch die Spule 110 fließende Strom umfasst einen Anteil i_L, der die Reluktanzkraft F_mag zum Anker 115 bewirkt, und einen weiteren Anteil, der einen Wirbelstrom im Anker 115 bewirkt. Um die Reluktanzkraft F_mag zu steuern, wird bevorzugt nur der Anteil i_L des Stroms gesteuert. In einer weiteren Ausführungsform kann an Stelle der einzustellenden Kraft F_mag auch der einzustellende Strom i_L vorgegeben werden, der die Reluktanzkraft bildet. Entsprechend kann zusätzlich die erste Ableitung des einzustellenden Stroms i_L vorgegeben werden.
• Zur weiteren Erläuterung der vorgeschlagenen Vorgehensweise werden folgende Bezeichnungen bzw. Abkürzungen verwendet:

i

Strom durch die Magnetspule

u

Spannung über der Magnetspule

i_L

Reluktanzkraft-bildender Anteil des Spulenstroms



einfache zeitliche Ableitung von i_L

î_L

Schätzwert von i_L

i_L,soll

Sollwert von i_L



einfache zeitliche Ableitung von i_L,soll

z

Position des Magnetankers

ẑ

Schätzwert von z

v

Geschwindigkeit des Magnetankers

v̂

Schätzwert von v

F_mag

Reluktanzkraft

F_mag,soll

Sollwert von F_mag



einfache zeitliche Ableitung von F_mag,soll

ϑ

Aktortemperatur

R(ϑ)

Ohm'scher Widerstand der Magnetspule

R̂

Schätzwert von R(ϑ)

f(i_L,z)

Zusammenhang zwischen i_L , z und der Reluktanzkraft F_mag: F_mag = f(i_L,z)

g(F_mag,z)

Zusammenhang zwischen F_mag, z und dem Reluktanzkraft-bildenden Strom i_L (inverses Kennfeld zu f(i_L, z) bzgl. i_L): i_L = g(F_mag, z)

g_F(F_mag,z)

Partielle Ableitung von g nach F_mag

g_z(F_mag,z)

Partielle Ableitung von g nach z

L_d(i_L,z)

Stationäre differentielle Induktivität (= partielle Ableitung des stationären verketteten magnetischen Flusses nach i_L)

L_z(i_L, z)

Geschwindigkeitsverstärkung der bewegungsinduzierten Spannung (= partielle Ableitung des stationären verketteten Flusses nach z)

w

Reglereingang (Zwischengröße in der Berechnung der Spannung u)

k_P,k_I

Reglerverstärkungen

τ

Zeit

• Die vom Aktor 105 generierte Reluktanzkraft F_mag = f (i_L, z) kann üblicherweise näherungsweise als eine vom Reluktanzkraft-bildenden Anteil i_L des Spulenstroms i und der Ankerposition z abhängige Funktion mathematisch modelliert werden. Die Dynamik des Reluktanzkraft-bildenden Anteils i_L des Spulenstroms i genügt dem Zusammenhang: $${\text{u=L}}_{\text{d}}\left({\text{i}}_{\text{L}},z\right){\text{i}}_{\text{L}}^{\left(\mathrm{\tau }\right)}+\text{R}\left(\mathrm{\vartheta }\right){\text{i+L}}_z\left({\text{i}}_{\text{L}},z\right)\mathrm{\nu }\mathrm{.}$$

  
• Hierbei sind die Temperaturabhängigkeit R(φ) des Ohm'schen Widerstands der Magnetspule 110 sowie die Kennfelder f(i_L, z), L_d(i_L, z) und L_z(i_L, z) bauarttypisch für die Spule 110 bzw. den Aktor 105 und können somit als bekannt vorausgesetzt werden. In der Praxis können solche Zusammenhänge beispielsweise empirisch bestimmt und als Funktion, als Kennlinie oder als Kennfeld abgespeichert werden. Die Zusammenhänge können in Form von Interpolationstabellen oder anderen Funktionen in einem flüchtigen oder nicht-flüchtigen Speicher der Verarbeitungseinrichtung 125 hinterlegt sein. Die bestimmten Zuordnungen können auch umgekehrt oder abgeleitet werden, sodass auch das zu f(i_L,z) bzgl. i_L inverse Kennfeld i_L = g(F_mag,z), mit dem aus der Magnetkraft F_mag und der Ankerposition z der zugehörige Reluktanzkraft-bildende Strom i_L bestimmt werden kann. Entsprechend können auch die partielle Ableitungen g_F(F_mag,z) nach F_mag und g_z(F_mag,z) nach z als bekannt vorausgesetzt werden.
• 2 zeigt ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 200 zum Steuern eines Reluktanzaktors 105. Das Verfahren 200 ist bevorzugt zum Ablaufen auf der Vorrichtung 100, insbesondere auf der Verarbeitungseinrichtung 125, eingerichtet. Das Verfahren 200 läuft bevorzugt zyklisch durch, wobei in jedem Durchlauf ein Ausgabewert bestimmt wird, der an der Spule 110 einzustellen ist. Eine Wiederholfrequenz von Durchläufen des Verfahrens 200 kann sich durch Zeit- oder Ereignissteuerung ergeben.
• In einem Schritt 205 wird der durch die Spule 110 fließende Strom i bestimmt, beispielsweise mittels der Abtastvorrichtung 120 oder durch Übernahme eines Stromwerts, der von einer anderen Steuervorrichtung bereitgestellt wird. Dann werden, bevorzugt auf der Basis des regelungstechnischen Konzepts eines Beobachters, Schätzwerte î_L für den Reluktanzkraft-bildenden Anteil i_L des Spulenstroms i, ẑ für die Position z und v̂ für die Bewegungsgeschwindigkeit v des Ankers 115 bestimmt. Dazu kann auch die an der Spule 110 anliegende Spannung u bestimmt und berücksichtigt werden.
• Außerdem wird bevorzugt ein Schätzwert R̂ für den Ohm'schen Widerstand R der Spule 110 bestimmt. In der einfachsten Ausprägung ist R̂ ein hinterlegter bauart- und anwendungstypischer Wert. Zur Verfeinerung des Verfahrens 200 kann die Temperatur ϑ aber auch in einem Schritt 215 abgetastet und der Schätzwert R̂ _auf der Basis der Temperatur ϑ bestimmt werden, beispielsweise mittels eines Kennfelds oder einer Funktion für R(ϑ). Die Temperatur ϑ bzw. der Schätzwert R̂ müssen nicht in jedem Durchlauf des Verfahrens 200 erneut bestimmt werden, eine weniger häufige Bestimmung kann ausreichen.
• In einem Schritt 225 werden Sollwerte i_L,soll sowie $i_{L,soll}^{\left(1\right)}$

  

  für den Reluktanzkraft-bildenden Anteil i_L des Spulenstroms sowie dessen einfacher zeitlicher Ableitung $i_L^{\left(1\right)}$

  

  ermittelt. Die Sollwerte können einfach von einer externen Einrichtung wie dem Trajektoriengenerator 135 übernommen oder im Rahmen des Verfahrens bestimmt werden. Alternativ können zunächst Sollwerte F_mag,soll und $F_{mag,soll}^{\left(1\right)}$

  

  für die Reluktanzkraft F_mag bzw. deren erste zeitliche Ableitung $F_{mag}^{\left(1\right)}$

  

  ermittelt und hieraus die Sollwerte i_L,soll und $i_{L,soll}^{\left(1\right)}$

  

  auf der Basis folgender Gleichungen bestimmt werden: $${\text{i}}_{\text{L}\text{,soll}}=\text{g}\left({\text{F}}_{\text{mag}\text{,soll}},\widehat{z}\right),$$

  

  $${\text{i}}_{\text{L}\text{,soll}}^{\left(1\right)}={\text{g}}_{\text{F}}\left({\text{F}}_{\text{mag}\text{,soll}},\widehat{z}\right){\text{F}}_{\text{mag}\text{,soll}}^{\left(\mathrm{\tau }\right)}+{\text{g}}_z\left({\text{F}}_{\text{mag}\text{,soll}},\widehat{z}\right)\widehat{\mathrm{\nu }}$$

  
• Die Bestimmung der Trajektorien bzw. Verläufe kann in einem Schritt 220 erfolgen. Zur Bereitstellung zueinander zeitsynchroner Verläufe von i_L,soll und $i_{L,soll}^{\left(1\right)}$

  

  bzw. F_mag,soll und $F_{mag,soll}^{\left(1\right)}$

  

  kann insbesondere ein Zustandsvariablenfilter oder ein Tiefpassfilter und ein hierzu zeitsynchrones, näherungsweise differenzierendes Filter verwendet werden.
• Zur Generierung der Sollwerte i_L,soll und $i_{L,soll}^{\left(1\right)}$

  

  bzw. F_mag und $F_{mag,soll}^{\left(1\right)}$

  

  kann der Trajektoriengenerator 135 ein mathematisches Bestimmungs- oder Optimierungsverfahren durchführen, beispielsweise um die Kraft F_mag in minimaler Zeit oder mit minimalen Energieverlusten unter Berücksichtigung der möglichen Werte für die Spulenspannung u zu ändern. Dadurch kann beispielsweise eine möglichst rasche oder energiesparende Betätigung mittels des Aktuators 105 gesteuert werden. Bei der Bestimmung der Sollwerte können ein Verhalten oder eine Betriebsgrenze des Umsetzers 130 berücksichtigt werden. Beispielsweise kann der Betrag der Zwischenkreisspannung Udc mittels eines Sensors bestimmt und berücksichtigt werden. Es kann auch eine erforderliche Totzeit bei der Ansteuerung von Halbleiterschaltelementen des Umsetzers 130 kompensiert werden.
• In einem Schritt 230 wird die erforderliche Sollspannung u an der Spule 110 des Aktors 105 bestimmt, und zwar bevorzugt auf der Basis folgender Gleichungen:

  
• Dabei sind Lz und Ld Funktionen, die insbesondere als Kennfelder realisiert werden können, wie oben mit Bezug auf 1 genauer beschrieben ist. Der Schätzwert î_L für den kraftbildenden Strom i_L kann mittels eines Beobachters auf der Basis der an der Spule anliegenden Spannung u und des durch die Spule fließenden Stroms i bestimmt werden. Dazu kann die Spannung u mittels einer Abtasteinrichtung abgetastet oder auch rechnerisch bestimmt werden, beispielsweise auf der Basis von Parametern des Umsetzers 130. Die Gleichungen (1) stellen einen Regler dar, dessen Regelgröße der Reluktanzkraft-bildende Anteils iL des Spulenstroms i ist; dieser Regler kann in der Verarbeitungsrichtung 125 realisiert werden. Über Reglerverstärkungen kp und k_l kann die Aggressivität des Reglers eingestellt werden; die Bedeutung dieser Parameter ist einem Fachmann der Regelungstechnik geläufig.
• Die bestimmte Sollspannung u kann in einem Schritt 235 mittels der Verarbeitungseinrichtung 125 direkt oder mittels des Umsetzers 130 oder einer anderen Einrichtung an der Spule 110 eingestellt werden.
• Wird die einzustellende Spannung u mittels eines PWM-Signals übermittelt, insbesondere als Steuersignal an den Umsetzer 130, so betrifft u bevorzugt den Sollwert der mittleren Spulenspannung einer folgenden PWM-Periode. Anders ausgedrückt erfolgt die Bestimmung von u in einer Periode N des PWM-Signals und das Resultat wird in einer Periode N+1 an der Spule 110 eingestellt.
• Bezugszeichenliste

100

Vorrichtung

105

Reluktanzaktuator, Aktuator

110

Magnetspule, Spule

115

Anker

120

Abtastvorrichtung

125

Verarbeitungsvorrichtung

130

Umsetzer

135

Trajektoriengenerator

200

Verfahren

205

Abtasten Spulenstrom

210

Bestimmen Schätzwerte

215

Abtasten Spulentemperatur

220

Bestimmen Verläufe / Trajektorien

225

Bestimmen Wertepaar

230

Bestimmen Sollspannung

235

Einstellen Sollspannung an Spule

Claims (8)

1. Verfahren (200) zum Steuern einer elektromagnetischen Kraft, die zwischen einer stromdurchflossenen Spule (110) und einem ferromagnetischen Anker (115) wirkt, wobei das Verfahren (200) folgende Schritte umfasst: • Bestimmen (205) eines durch die Spule (110) fließenden Stroms (i), wobei der Strom (i) einen kraftbildenden (i_L) und einen wirbelstrombildenden Strom umfasst; • Bestimmen (210) des kraftbildenden Stroms (i_L); • Bestimmen (210) einer Position (z) und einer Geschwindigkeit (v) des Ankers (115) gegenüber der Spule (110); • Bestimmen (230) eines Sollstroms, der durch die Spule (110) fließen soll, auf der Basis eines gewünschten kraftbildenden Stroms (i_L,soll), des kraftbildenden Stroms (i_L), der Position (z) und der Geschwindigkeit (v) des Ankers (115); und • Bestimmen (230) einer Sollspannung (u), die an der Spule (110) zu bewirken ist, um den bestimmten Sollstrom einzustellen.
2. Verfahren (200) nach Anspruch 1, wobei die Sollspannung (u) zusätzlich auf der Basis einer gewünschten Änderung $i_{L,soll}^{\left(1\right)}$

   

   des gewünschten kraftbildenden Stroms (i_L) bestimmt wird.
3. Verfahren (200) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der gewünschte kraftbildende Strom (i_L,soll) auf der Basis einer gewünschten wirkenden Kraft (F_mag,soll)bestimmt wird.
4. Verfahren (200) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die bestimmte Sollspannung (u) derart bestimmt wird, dass sie eine induzierte Spannung kompensiert, die sich aufgrund der Bewegung des Ankers (115) gegenüber der Spule (110) einstellt.
5. Verfahren (200) nach Anspruch 4, wobei die induzierte Spannung mittels eines Beobachters auf der Basis der der an der Spule (110) anliegenden Spannung (u) und des durch die Spule (110) fließenden Stroms (i) bestimmt wird.
6. Verfahren (200) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der kraftbildende Strom (i_L) mittels eines Beobachters auf der Basis der an der Spule (110) anliegenden Spannung (u) und des durch die Spule (110) fließenden Stroms (i) bestimmt wird.
7. Verfahren (200) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei ein Verlauf des gewünschten kraftbildenden Stroms in Abhängigkeit einer maximalen an der Spule (110) anliegenden Spannung (Udc) bestimmt wird.
8. Vorrichtung (100) zur Steuerung einer elektromagnetischen Kraft, die zwischen einer stromdurchflossenen Spule (110) und einem ferromagnetischen Anker (115) wirkt, wobei die Vorrichtung (100) folgendes umfasst: • eine Abtastvorrichtung (120) zur Bestimmung eines durch die Spule (110) fließenden Stroms (i), wobei der Strom (i) einen kraftbildenden (i_L) und einen wirbelstrombildenden Strom umfasst; und • eine Verarbeitungseinrichtung (125), die dazu eingerichtet ist, den kraftbildenden Strom (i_L) zu bestimmen; eine Position (z) und eine Geschwindigkeit (v) des Ankers (115) gegenüber der Spule (110) zu bestimmen; einen Sollstrom (i_L,soll), der durch die Spule (110) fließen soll, auf der Basis eines gewünschten kraftbildenden Stroms (i_L,soll), des kraftbildenden Stroms (i_L), der Position (z) und der Geschwindigkeit (v) des Ankers (115) zu bestimmen; und eine Sollspannung (u) zu bestimmen, die an der Spule (110) zu bewirken ist, um den bestimmten Sollstrom (i) einzustellen.

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