Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Bereitstellen eines pulsweitenmodulierten Betriebssignals zum Betreiben eines Aktuators und auf eine Aktuatorvorrichtung.The present invention relates to an apparatus and a method for providing a pulse width modulated operating signal for operating an actuator and to an actuator device.
Aktuatoren, wie beispielsweise Elektromotoren, werden im Betrieb mit einem Betriebsstrom oder einer Betriebsspannung versorgt. Dazu kann beispielsweise ein Stromregler eingesetzt werden.Actuators, such as electric motors, are supplied during operation with an operating current or an operating voltage. For this purpose, for example, a current regulator can be used.
Vor diesem Hintergrund schafft die vorliegende Erfindung eine verbesserte Vorrichtung und ein verbessertes Verfahren zum Bereitstellen eines pulsweitenmodulierten Betriebssignals zum Betreiben eines Aktuators und eine verbesserte Aktuatorvorrichtung gemäß den Hauptansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.Against this background, the present invention provides an improved apparatus and method for providing a pulse width modulated operating signal for operating an actuator and an improved actuator apparatus according to the main claims. Advantageous embodiments will become apparent from the dependent claims and the description below.
Ein pulsweiten moduliertes Betriebssignal zum Betreiben eines Aktuators lässt sich vorteilhafterweise unter Verwendung einer Vorrichtung bereitstellen, die einen offenen Regelkreis und einen geschlossenen Regelkreis aufweist. Dabei kann eine Kombination einer Vorsteuerung, auch Pre Control genannt, und einer Regelung mit geschlossenem Regelkreis, auch als Closed Loop Control bezeichnet, zur Reduzierung von Schwingungen im Aktuator führen.A pulse width modulated operating signal for operating an actuator can be advantageously provided using a device having an open loop and a closed loop. In this case, a combination of a pilot control, also known as pre-control, and closed-loop control, also referred to as closed-loop control, can lead to the reduction of vibrations in the actuator.
Eine entsprechende Vorrichtung zum Bereitstellen eines pulsweitenmodulierten Betriebssignals zum Betreiben eines Aktuators weist die folgenden Merkmale auf:
- eine Steuereinrichtung, die ausgebildet ist, um in einem offenen Regelkreis unter Verwendung eines Vorgabesignals ein Zwischensignal zu bestimmen;
- eine Regeleinrichtung, die ausgebildet ist, um in einem geschlossenen Regelkreis basierend auf dem Zwischensignal und eines rückgeführten Betriebssignals ein Stellsignal zu ermitteln;
- eine Kombiniereinrichtung, die ausgebildet ist, um basierend auf dem Zwischensignal und dem Stellsignal ein kombiniertes Stellsignal zu bestimmen; und
- eine Modulationseinrichtung, die ausgebildet ist, um basierend auf dem kombinierten Stellsignal das pulsweitenmodulierte Betriebssignal bereitzustellen.
A corresponding device for providing a pulse width modulated operating signal for operating an actuator has the following features: - a controller configured to determine an intermediate signal in an open loop using a default signal;
- a control device configured to determine a control signal in a closed loop based on the intermediate signal and a returned operating signal;
- a combining means configured to determine a combined control signal based on the intermediate signal and the control signal; and
- a modulation device configured to provide the pulse width modulated operating signal based on the combined control signal.
Der Aktuator kann allgemein für eine Last stehen, die für ihren Betrieb einen pulsweitenmodulierten Betriebsstrom oder eine entsprechende Betriebsspannung benötigt. Der Aktuator kann beispielsweise ein Hydraulikventil oder ein Elektromotor sein. Für die Steuereinrichtung und die Regeleinrichtung kann auf bekannte Schaltungen zurückgegriffen werden, die im Zusammenhang mit offenen und geschlossenen Regelkreisen eingesetzt werden. Das Vorgabesignal kann als Vorgabewert zum Einstellen einer Größe des Betriebssignals, beispielsweise einer Pulsweite, einer Pulsfrequenz und/oder einer Amplitude des Betriebssignals verwendet werden. Das Vorgabesignal ist beispielsweise ein elektrischer Strom. Entsprechend kann das Betriebssignal ein elektrischer Strom sein. Das Zwischensignal und das Stellsignal können beide als Stellgrößen für das Betriebssignal aufgefasst werden, die in der Kombiniereinrichtung miteinander kombiniert, beispielsweise addiert werden können. Auf diese Weise können die Vorteile eines offenen und eines geschossenen Regelkreises zur Bestimmung des Betriebssignals genutzt werden. Insbesondere kann der geschlossene Regelkreis vorteilhaft sein, um eventuelle Ungenauigkeiten im von dem offenen Regelkreis verwendeten Modell des Aktuators auszugleichen. Bei der Modulationseinrichtung handelt es sich beispielsweise um einen bekannten Pulsweitenmodulationsgenerator.The actuator may generally be for a load that requires a pulse width modulated operating current or a corresponding operating voltage for its operation. The actuator may be, for example, a hydraulic valve or an electric motor. For the control device and the control device can be made of known circuits, which are used in connection with open and closed control loops. The default signal can be used as a default value for setting a magnitude of the operating signal, for example a pulse width, a pulse frequency and / or an amplitude of the operating signal. The default signal is, for example, an electrical current. Accordingly, the operating signal may be an electric current. The intermediate signal and the control signal can both be understood as manipulated variables for the operating signal, which can be combined with one another in the combination device, for example, added together. In this way, the advantages of an open and a closed loop can be used to determine the operating signal. In particular, the closed loop may be advantageous to compensate for any inaccuracies in the model of the actuator used by the open loop. The modulation device is, for example, a known pulse width modulation generator.
Die Vorrichtung kann eine Formungseinrichtung aufweisen, die ausgebildet ist, um unter Verwendung des Zwischensignals ein Führungssignal zu formen. Ein solches Formen kann auch als shaping bezeichnet werden. Die Regeleinrichtung kann ausgebildet sein, um das Stellsignal in dem geschlossenen Regelkreis unter Verwendung des Führungssignals und des rückgeführten Betriebssignals zu ermitteln. Eine solche zwischengeschaltete Formungseinrichtung kann sinnvoll sein, um zu berücksichtigen, dass zur Bestimmung des Betriebssignals neben dem geschlossenen Regelkreis auch der offene Regelkreis eingesetzt wird. Die Formungseinrichtung kann beispielsweise ausgebildet sein, um eine Verzögerung und/oder Filterung des Zwischensignals zu bewirken.The apparatus may include shaping means configured to form a guide signal using the intermediate signal. Such shaping can also be referred to as shaping. The control device may be configured to determine the control signal in the closed loop using the command signal and the returned operating signal. Such an intermediate shaping device may be useful to take into account that the open loop is used in addition to the closed loop for determining the operating signal. The shaping device can be designed, for example, to effect a delay and / or filtering of the intermediate signal.
Die Steuereinrichtung kann ausgebildet sein, um das Zwischensignal in dem offenen Regelkreis unter Verwendung des Vorgabesignals und eines einen Lastwiderstand des Aktuators repräsentierenden Widerstandssignals zu bestimmen. Auf diese Weise kann die Vorrichtung an Aktuatoren mit unterschiedlichen Lastwiderständen verwendet werden. Somit kann ein bestimmtes Vorgabesignal bei unterschiedlichen Aktuatoren verwendet werden, um jeweils den gleiche Strom durch den Aktuator zu bewirken, obwohl die unterschiedlichen Aktuatoren unterschiedliche Widerstände aufweisen. Die Anpassung an die unterschiedlichen Aktuatoren kann dabei über das Widerstandssignal erfolgen.The controller may be configured to determine the intermediate signal in the open loop using the default signal and a resistance signal representative of a load resistance of the actuator. In this way, the device can be used on actuators with different load resistances. Thus, a particular default signal can be used with different actuators to cause the same current through the actuator, although the different actuators have different resistances. The adaptation to the different actuators can take place via the resistance signal.
Die Regeleinrichtung kann eine Rückkopplungseinrichtung und eine Reglereinrichtung aufweisen. Dabei kann die Rückkopplungseinrichtung ausgebildet sein, um basierend auf dem Zwischensignal und des rückgeführten Betriebssignals ein Regeldifferenzsignal zu bestimmen. Die Reglereinrichtung kann ausgebildet sein, um das Stellsignal unter Verwendung des Regeldifferenzsignals zu bestimmen. Somit kann auf einen Standardregelkreis zurückgegriffen werden.The control device may have a feedback device and a regulator device. In this case, the feedback device can be designed to be based on the intermediate signal and the returned operating signal to determine a control difference signal. The regulator means may be configured to determine the actuating signal using the control difference signal. Thus, a standard control loop can be used.
Die Vorrichtung kann eine Kompensationseinrichtung aufweisen, die ausgebildet ist, um unter Verwendung des kombinierten Stellsignals und eines von einer Versorgungsspannung der Vorrichtung abhängigen Kompensationssignals ein Regelsignal zu bestimmen. Die Kompensationseinrichtung kann als sogenannte Feed Forward Control oder Vorsteuerung ausgeführt sein. Die Modulationseinrichtung kann ausgebildet sein, um das Betriebssignal basierend auf dem Regelsignal bereitzustellen. Durch die Kompensationseinrichtung können beispielsweise Schwankungen in der Versorgungsspannung ausgeglichen werden, die Auswirkungen auf das Betriebssignal haben könnten.The device may include compensation means configured to determine a control signal using the combined control signal and a compensation signal dependent on a supply voltage of the device. The compensation device can be designed as so-called feed forward control or feedforward control. The modulation device may be configured to provide the operating signal based on the control signal. By the compensation device, for example, fluctuations in the supply voltage can be compensated, which could affect the operating signal.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Vorrichtung eine Tastgradeinstelleinrichtung aufweisen, die ausgebildet ist, um unter Verwendung des Zwischensignals ein Tastgradeinstellsignal zu bestimmen. Die Tastgradeinstelleinrichtung kann ein sogenanntes Duty Cycle Pressetting durchführen. Die Kombiniereinrichtung kann ausgebildet sein, um unter Verwendung des Stellsignals und des Tastgradeinstellsignals ein kombiniertes Stellsignal zu bestimmen. Die Tastgradeinstelleinrichtung ist beispielsweise sinnvoll, um eine Größeneinheit des Zwischensignals an eine Größeneinheit des Stellsignals anzupassen. Eine solche Anpassung kann unter Verwendung einer geeigneten Anpassungsschaltung durchgeführt werden.In one embodiment, the device may include a duty cycle adjustment device configured to determine a duty cycle adjustment signal using the intermediate signal. The Tastgradeinstelleinrichtung can perform a so-called duty cycle Pressetting. The combining means may be configured to determine a combined control signal using the control signal and the duty setting signal. The Tastgradeinstelleinrichtung, for example, makes sense to adjust a size unit of the intermediate signal to a size unit of the control signal. Such adaptation may be performed using a suitable matching circuit.
Die Vorrichtung kann eine Softwareeinheit und eine Hardwareeinheit umfassen. Dabei kann die Softwareeinheit eine Recheneinheit umfassen, die ausgebildet ist, um ein die Steuereinrichtung realisierendes Softwaremodul auszuführen. Die Hardwareeinheit kann elektrische Komponenten zum hardwaremäßigen Realisieren der Regeleinrichtung und der Modulationseinrichtung umfassen. Auf diese Weise können einige Komponenten der Vorrichtung in Software und andere in Hardware realisiert werden.The device may comprise a software unit and a hardware unit. In this case, the software unit may include a computing unit which is designed to execute a software module implementing the control device. The hardware unit may include electrical components for hardware implementation of the controller and the modulation device. In this way, some components of the device can be implemented in software and others in hardware.
Die Softwareeinheit und die Hardwareeinheit können je als ein elektrisches Gerät verstanden werden, das elektrische Signale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuersignale ausgibt. Die Softwareeinheit und die Hardwareeinheit können jeweils eine oder mehrere geeignete Schnittstellen aufweisen, die entsprechend hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein können. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil einer integrierten Schaltung sein. Die Schnittstellen können auch eigene, integrierte Schaltkreise sein oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.The software unit and the hardware unit can each be understood as an electrical device that processes electrical signals and outputs control signals in response thereto. The software unit and the hardware unit may each have one or more suitable interfaces, which may be formed according to hardware and / or software. For example, in a hardware implementation, the interfaces may be part of an integrated circuit. The interfaces may also be their own integrated circuits or at least partially consist of discrete components. In a software training, the interfaces may be software modules that are present, for example, on a microcontroller in addition to other software modules.
Ein Softwaremodul kann ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode sein, der von der Recheneinheit zur Durchführung der jeweiligen Funktionalitäten ausgeführt werden kann.A software module can be a computer program product with program code which can be executed by the arithmetic unit for carrying out the respective functionalities.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform kann die Vorrichtung eine Tastgradeinrichtung aufweisen, die ausgebildet ist, um unter Verwendung des Regelsignals ein Tastgradsignal zu bestimmen. Die Modulationseinrichtung kann in diesem Fall ausgebildet sein, um das Betriebssignal unter Verwendung des Tastgradsignals bereitzustellen. Die Tastgradeinrichtung ist beispielsweise sinnvoll, um eine Größeneinheit des Regelsignals an eine übliche Größeneinheit eines von einem HW-Regler bereitgestellten weiteren Regelsignals anzupassen. Eine solche Anpassung kann unter Verwendung einer geeigneten Anpassungsschaltung durchgeführt werden.According to an alternative embodiment, the device may include a duty cycle device configured to determine a duty cycle signal using the control signal. The modulation means may in this case be designed to provide the operating signal using the duty cycle signal. The Tastgradeinrichtung, for example, makes sense to adapt a size unit of the control signal to a conventional size unit of a provided by a HW controller further control signal. Such adaptation may be performed using a suitable matching circuit.
Die Vorrichtung kann entsprechend eine weitere Regeleinrichtung, eine weitere Kompensationseinrichtung und eine Schalteinrichtung aufweisen. Dabei kann die weitere Regeleinrichtung ausgebildet sein, um in einem weiteren geschlossenen Regelkreis unter Verwendung eines weiteren Führungssignals und des rückgeführten Betriebssignals ein weiteres Stellsignal zu ermitteln. Die weitere Kompensationseinrichtung kann ausgebildet sein, um unter Verwendung des weiteren Stellsignals und eines von einer Versorgungsspannung der Vorrichtung abhängigen weiteren Kompensationssignals ein weiteres Regelsignal zu bestimmen. Die Schalteinrichtung kann ausgebildet sein, um unter Verwendung eines Schaltsignals das Tastgradsignal oder das weitere Regelsignal an die Modulationseinrichtung bereitzustellen.The device may accordingly have a further control device, a further compensation device and a switching device. In this case, the further control device can be designed to determine a further control signal in a further closed loop using a further control signal and the returned operating signal. The further compensation device can be designed to determine a further control signal using the further control signal and a further compensation signal dependent on a supply voltage of the device. The switching device may be configured to provide the duty cycle signal or the further control signal to the modulation device using a switching signal.
Die Vorrichtung kann auch in dieser Ausführungsform eine Softwareeinheit und eine Hardwareeinheit umfassen. Dabei kann die Softwareeinheit eine Recheneinheit umfassen, die ausgebildet ist, um ein die Steuereinrichtung und die Regeleinrichtung realisierendes Softwaremodul auszuführen und die Hardwareeinheit kann elektrische Komponenten zum hardwaremäßigen Realisieren zumindest der Modulationseinrichtung umfassen. Vorteilhafterweise kann als Hardwareeinheit auf einen bekannten HW-Regler zurückgegriffen werden, der nun mit einer geeigneten Softwareeinheit kombiniert wird.The device may also in this embodiment comprise a software unit and a hardware unit. In this case, the software unit may comprise a computing unit which is designed to execute a software module implementing the control device and the control device, and the hardware unit may comprise electrical components for realizing at least the modulation device in hardware. Advantageously, as a hardware unit, a known HW controller can be used, which is now combined with a suitable software unit.
Eine entsprechende Aktuatorvorrichtung umfasst einen Aktuator, eine genannte Vorrichtung, die ausgebildet ist, um das Betriebssignal an einen Eingang des Aktuators bereitzustellen, und einer Steuereinheit, die ausgebildet ist, um das Vorgabesignal an die Vorrichtung bereitzustellen. Eine solche Aktuatorvorrichtung kann beispielsweise im Zusammenhang mit einer Hydraulikanlage eines Fahrzeugs eingesetzt werden.A corresponding actuator device comprises an actuator, a device which is designed to provide the operating signal to an input of the actuator, and a Control unit configured to provide the default signal to the device. Such an actuator device can be used for example in connection with a hydraulic system of a vehicle.
Ein Verfahren zum Bereitstellen eines pulsweitenmodulierten Betriebssignals zum Betreiben eines Aktuators umfasst die folgenden Schritte:
- Bestimmen eines Zwischensignals in einem offenen Regelkreis unter Verwendung eines Vorgabesignals;
- Ermitteln eines Stellsignals in einem geschlossenen Regelkreis basierend auf dem Zwischensignal und eines rückgeführten Betriebssignals;
- Kombinieren des Zwischensignals und des Stellsignals zu einem kombinierten Stellsignal; und
- Bereitstellen des pulsweitenmodulierten Betriebssignals basierend auf dem kombinierten Stellsignal.
A method for providing a pulse width modulated operating signal for operating an actuator comprises the following steps: - Determining an intermediate signal in an open loop using a default signal;
- Determining a control signal in a closed loop based on the intermediate signal and a returned operating signal;
- Combining the intermediate signal and the control signal into a combined control signal; and
- Providing the pulse width modulated operating signal based on the combined control signal.
Die Schritte können teilweise in Software und teilweise in Hardware umgesetzt werden. Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren einen Schritt des Formens des Zwischensignals zu einem Führungssignal. In diesem Fall kann im Schritt des Ermittelns das Stellsignal in dem geschlossenen Regelkreis unter Verwendung des Führungssignals und des rückgeführten Betriebssignals ermittelt werden. Auf diese Weise kann berücksichtigt werden, dass das Betriebssignal nicht ausschließlich unter Verwendung des geschlossenen Regelkreises bestimmt wird, sondern stattdessen auch das Ausgangssignal des offenen Regelkreises, der parallel zu dem geschlossenen Regelkreis angeordnet sein kann, in die Bestimmung des Betriebssignals einfließt.The steps can be implemented partly in software and partly in hardware. According to one embodiment, the method comprises a step of shaping the intermediate signal into a command signal. In this case, in the step of determining, the control signal may be detected in the closed loop using the command signal and the returned operation signal. In this way, it can be considered that the operating signal is not determined exclusively using the closed loop, but instead also the output signal of the open loop, which may be arranged in parallel with the closed loop, flows into the determination of the operating signal.
Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine Aktuatorvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 2 eine Vorrichtung zum Bereitstellen eines pulsweitenmodulierten Betriebssignals zum Betreiben eines Aktuators;
- 3 eine Vorrichtung zum Bereitstellen eines pulsweitenmodulierten Betriebssignals zum Betreiben eines Aktuators gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 4 eine Vorrichtung zum Bereitstellen eines pulsweitenmodulierten Betriebssignals zum Betreiben eines Aktuators gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
- 5 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Bereitstellen eines pulsweitenmodulierten Betriebssignals zum Betreiben eines Aktuators gemäß einem Ausführungsbeispiel.
The invention will be described by way of example with reference to the accompanying drawings. Show it: - 1 an actuator device according to an embodiment;
- 2 a device for providing a pulse width modulated operating signal for operating an actuator;
- 3 an apparatus for providing a pulse width modulated operating signal for operating an actuator according to an embodiment;
- 4 an apparatus for providing a pulse width modulated operating signal for operating an actuator according to an embodiment; and
- 5 a flowchart of a method for providing a pulse width modulated operating signal for operating an actuator according to an embodiment.
In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.In the following description of preferred embodiments of the present invention, the same or similar reference numerals are used for the elements shown in the various figures and similarly acting, wherein a repeated description of these elements is omitted.
1 zeigt eine Aktuatorvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Aktuatorvorrichtung umfasst eine Vorrichtung 100 und einen Aktuator 102. Die Vorrichtung 100 ist ausgebildet, um unter Verwendung eines Vorgabesignals 104 ein pulsweitenmoduliertes Betriebssignals 106 zum Betreiben des Aktuators 102 an eine Schnittstelle zu dem Aktuator 102 bereitzustellen. Lediglich beispielhaft ist die Aktuatorvorrichtung in einem Fahrzeug 108 angeordnet und der Aktuator 102 beispielsweise ein Hydraulikventil des Fahrzeugs 108. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Betriebssignal 106 um einen Betriebsstrom. 1 shows an actuator device according to an embodiment. The actuator device comprises a device 100 and an actuator 102 , The device 100 is configured to operate using a default signal 104 a pulse width modulated operating signal 106 for operating the actuator 102 to an interface to the actuator 102 provide. By way of example only, the actuator device is in a vehicle 108 arranged and the actuator 102 For example, a hydraulic valve of the vehicle 108 , According to this embodiment, the operating signal is 106 around an operating current.
Die Vorrichtung 100 weist eine Steuereinrichtung 110, eine Regeleinrichtung 112, eine Kombiniereinrichtung 114 und eine Modulationseinrichtung 116 auf. Die Vorrichtung 100 weist eine Schnittstelle zum Empfangen oder Einlesen des Vorgabesignals 104 auf. Die Steuereinrichtung 110 weist einen offenen Regelkreis auf, dem das Vorgabesignal 104 als Eingangssignal zugeführt wird und der als Ausgangssignal ein Zwischensignal 120 bereitstellt. Die Steuereinrichtung 110 wird beispielsweise verwendet, um eine Anpassung einer zum Betreiben der Last 102 verwendeten Stellgröße an eine Charakteristik der Last 102, beispielsweise einen Widerstand der Last 102 anzupassen. Die Regeleinrichtung 112 weist eine geschlossenen Regelkreis auf, dem als Eingangssignale das Zwischensignal 120 oder ein unter Verwendung des Zwischensignals 120 bestimmtes Signal und ein rückgeführtes Betriebssignal 122 zugeführt werden und der als Ausgangssignal ein Stellsignal 124 bereitstellt. Bei dem rückgeführten Betriebssignal 122 kann es sich um das Betriebssignal 106 oder um ein unter Verwendung des Betriebssignals 106 bestimmtes Signal handeln. Das rückgeführte Betriebssignal 122 repräsentiert gemäß einem Ausführungsbeispiel einen Parameter des Betriebssignals 106, der für eine in der Regeleinrichtung 112 durchgeführte Regelung zum Nachregeln des Betriebssignals 106 verwendet wird. Das Stellsignal 124 wird beispielsweise verwendet, um Ungenauigkeiten im Model auszugleichen. Die Kombiniereinrichtung 114 ist ausgebildet, um basierend auf dem Zwischensignal 120 oder einem unter Verwendung des Zwischensignals 120 bestimmten Signals und dem Stellsignal 124 ein kombiniertes Stellsignal 126 zu bestimmen. Die Modulationseinrichtung 116 ist ausgebildet ist, um das kombinierte Stellsignal 126 oder ein unter Verwendung des kombinierten Stellsignals 126 bestimmten Signal zu verwenden, um eine Charakteristik einer Pulsweitenmodulation des Betriebssignals 106 einzustellen. Beispielsweise ist die Modulationseinrichtung 116 ausgebildet, um gesteuert durch das kombinierte Stellsignal 126 eine Pulsweite des Betriebssignals 106 einzustellen.The device 100 has a control device 110 , a control device 112 , a combination device 114 and a modulation device 116 on. The device 100 has an interface for receiving or reading the default signal 104 on. The control device 110 has an open loop to which the default signal 104 is supplied as an input signal and the output signal is an intermediate signal 120 provides. The control device 110 For example, it is used to adapt one to operate the load 102 used manipulated variable to a characteristic of the load 102 , For example, a resistance of the load 102 adapt. The control device 112 has a closed loop, as the input signals, the intermediate signal 120 or one using the intermediate signal 120 certain signal and a returned operating signal 122 be supplied and the output signal as a control signal 124 provides. At the returned operating signal 122 it can be the operating signal 106 or one using the operating signal 106 act specific signal. The returned operating signal 122 represents according to one embodiment a parameter of the operating signal 106 who is in charge of a regulation 112 implemented control for readjusting the operating signal 106 is used. The control signal 124 is used, for example, to compensate for inaccuracies in the model. The combination device 114 is designed to be based on the intermediate signal 120 or one using the intermediate signal 120 certain signal and the control signal 124 a combined control signal 126 to determine. The modulation device 116 is designed to be the combined control signal 126 or one using the combined control signal 126 to use certain signal to one Characteristic of a pulse width modulation of the operating signal 106 adjust. For example, the modulation device 116 designed to be controlled by the combined control signal 126 a pulse width of the operating signal 106 adjust.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die Aktuatorvorrichtung eine Steuereinheit 130 auf, die ausgebildet ist, um das Vorgabesignal 104 bereitzustellen. Über das Vorgabesignal 104 kann ein gewünschter Betriebszustand des Aktuators 102, beispielsweise eine Drehzahl eines als Elektromotor ausgeführten Aktuators 102, vorgegeben werden.According to one embodiment, the actuator device has a control unit 130 which is adapted to the default signal 104 provide. About the default signal 104 may be a desired operating state of the actuator 102 , For example, a speed of an actuator designed as an electric motor 102 , be specified.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist eine Energieversorgungseinrichtung 132 zum Bereitstellen einer Versorgungsspannung für die Steuereinheit 130 und/oder der Vorrichtung 100 und/oder einer Betriebsspannung für den Aktuator 102 vorgesehen. Die Energieversorgungseinrichtung 132 ist beispielsweise als eine Batterie zum Bereitstellen einer Batteriespannung VBAT ausgeführt.According to one embodiment, a power supply device 132 for providing a supply voltage for the control unit 130 and / or the device 100 and / or an operating voltage for the actuator 102 intended. The power supply device 132 For example, it is implemented as a battery for providing a battery voltage VBAT.
2 zeigt eine Vorrichtung 200 zum Bereitstellen eines pulsweitenmodulierten Betriebssignals 106 zum Betreiben eines Aktuators 102, wie er beispielsweise anhand von 1 beschrieben ist. Die Vorrichtung 200 weist eine Regeleinrichtung 210, eine Kompensationseinrichtung 230, eine Schalteinrichtung 232 und eine Modulationseinrichtung 116 auf. Die Regeleinrichtung 210 ist ausgebildet, um unter Verwendung eines Vorgabesignals 104 und eines rückgeführten Betriebssignals 122, wie sie beispielsweise anhand von 1 beschrieben sind, ein Stellsignal zu erzeugen und an die Kompensationseinrichtung 230 bereitzustellen. Die Kompensationseinrichtung 230 ist ausgebildet, um unter Verwendung eines Kompensationssignals 1/VBAT eine Versorgungsspannungskompensation des Stellsignals durchzuführen und ein Regelsignal an die Schalteinrichtung 232 bereitzustellen. Die Schalteinrichtung 232 ist ausgebildet, um abhängig von einem Schaltsignal entweder das Regelsignal oder ein von einer Tastgradeinrichtung 234 bereitgestelltes Tastgradsignal an die Modulationseinrichtung 116 bereitzustellen. Die Modulationseinrichtung 116 ist ausgebildet, um unter Verwendung des von der Schalteinrichtung 232 bereitgestellten Signals eine Pulsweitenmodulation des Betriebssignals 106 einzustellen. 2 shows a device 200 for providing a pulse width modulated operating signal 106 for operating an actuator 102 , as he, for example, based on 1 is described. The device 200 has a control device 210 , a compensation device 230 , a switching device 232 and a modulation device 116 on. The control device 210 is configured to operate using a default signal 104 and a returned operating signal 122 , as shown for example by 1 are described to generate a control signal and to the compensation device 230 provide. The compensation device 230 is designed to perform a supply voltage compensation of the actuating signal and a control signal to the switching device using a compensation signal 1 / V BAT 232 provide. The switching device 232 is designed to be dependent on a switching signal either the control signal or one of a Tastgradeinrichtung 234 provided duty cycle signal to the modulation means 116 provide. The modulation device 116 is designed to be using the of the switching device 232 signal provided a pulse width modulation of the operating signal 106 adjust.
Zur Regelung des Aktuators 102 wird gemäß einem Ausführungsbeispiel die einen Hardware-Stromregler mit PI(D)-Charakteristik umfassende Vorrichtung 200 eingesetzt, um den Strom (ILoad) in Form des Betriebssignals 106 im Aktuator (LRLoad) zu regeln. Für die Regelung wird der Iststrom (IAct) gemessen und der Regelung in Form des rückgeführten Betriebssignals 122 zugeführt. Bei Störungen im Iststrom, die zum Beispiel durch Gegeninduktion bei Induktiven Aktuatoren 102 entstehen können, kann es zu Schwingungen in der Stellgröße des Reglers kommen, die unerwünscht sind, da Schwingungen unter Umständen das Gesamtsystem instabil werden lassen können.For controlling the actuator 102 According to one embodiment, the device comprising a hardware current regulator with PI (D) characteristic 200 used to generate the current (I load ) in the form of the operating signal 106 in the actuator (LR Load ). For the control of the actual current (I Act ) is measured and the control in the form of the returned operating signal 122 fed. For disturbances in the actual current, for example, by mutual induction with inductive actuators 102 can arise, it can lead to oscillations in the manipulated variable of the controller, which are undesirable because vibrations may cause the entire system can become unstable under certain circumstances.
3 zeigt eine Vorrichtung 100 zum Bereitstellen eines pulsweitenmodulierten Betriebssignals 106 zum Betreiben eines Aktuators 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um ein Ausführungsbeispiel der anhand von 1 beschriebenen Vorrichtung handeln, die ausgebildet ist, um das Betriebssignal 106 unter Verwendung eines Vorgabesignals 104 zu generieren. Wie bereits anhand von 1 beschrieben, weist die Vorrichtung 100 eine Steuereinrichtung 110, eine Regeleinrichtung 112, eine Kombiniereinrichtung 114 und eine Modulationseinrichtung 116 auf. 3 shows a device 100 for providing a pulse width modulated operating signal 106 for operating an actuator 102 according to an embodiment. This may be an embodiment of the basis of 1 act described device, which is adapted to the operating signal 106 using a default signal 104 to generate. As already on the basis of 1 described, the device 100 a control device 110 , a control device 112 , a combination device 114 and a modulation device 116 on.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Steuereinrichtung 110 ausgebildet ist, um neben dem Vorgabesignal 104 ein Widerstandssignal 340 zu empfangen. Das Widerstandssignal 340 repräsentiert einen Lastwiderstand des Aktuators 102. Die Steuereinrichtung 110 ist als eine sogenannte Open Loop Control ausgeführt und umfasst einen offenen Regelkreis, dem das Vorgabesignal 104 und das Widerstandssignal 340 als Eingangssignale zugeführt werden. Als Ausgangssignal des offenen Regelkreises wird das Zwischensignal 120 ausgegeben und von der Steuereinrichtung 110 bereitgestellt. Der offene Regelkreis ermöglicht es, eine durch das Vorgabesignal 104 bereitgestellte Ausgangstellgröße zum Einstellen eines durch den Aktuator 102 fließenden Stroms an den Widerstand des Aktuators 102 anzupassen. Es kann somit gesteuert werden, wieviel Stellgröße benötigt wird, um einen gewünschten Strom durch den Aktuator 102 fließen zu lassen. Beispielsweise kann bei einem einen größeren Lastwiderstand aufweisenden Aktuator 102 eine größere Stellgröße verwendet werden, als bei einem einen niedrigeren Lastwiderstand aufweisenden alternativen Aktuator 102.According to this embodiment, the control device 110 is designed to be next to the default signal 104 a resistance signal 340 to recieve. The resistance signal 340 represents a load resistance of the actuator 102 , The control device 110 is designed as a so-called open loop control and includes an open loop, the default signal 104 and the resistance signal 340 be supplied as input signals. The output signal of the open loop is the intermediate signal 120 issued and from the controller 110 provided. The open loop allows one by the default signal 104 provided output manipulated variable for adjusting one by the actuator 102 flowing current to the resistor of the actuator 102 adapt. It can thus be controlled how much control is needed to a desired current through the actuator 102 to flow. For example, in an actuator having a greater load resistance 102 a larger manipulated variable can be used than with a lower load resistance having alternative actuator 102 ,
Die Vorrichtung 100 weist eine Tastgradeinstelleinrichtung 342 auf, die ausgebildet ist, um unter Verwendung des Zwischensignals 120 ein Tastgradeinstellsignal 344 zu bestimmen und an die Kombiniereinrichtung 114 bereitzustellen. Die Tastgradeinstelleinrichtung 342 wird auch als Einrichtung zum Duty Cycle Pre-Setting bezeichnet. Das Tastgradeinstellsignal 344 wird beispielsweise verwendet, um ein durch das Zwischensignal 120 vorgegebenes Verhältnis der Impulsdauer zur Periodendauer für das Betriebssignal 106 vorzugeben. Das Tastgradeinstellsignal 344 ermöglicht eine PWM-geregelte Bereitstellung des Betriebssignals 106. Dabei wird die Tastgradeinstelleinrichtung 342 verwendet, um das Zwischensignal 120 beispielsweise bezüglich der verwendeten Größeneinheit an das Stellsignal 124 anzupassen.The device 100 has a Tastgradeinstelleinrichtung 342 which is configured to use the intermediate signal 120 a duty setting signal 344 to determine and to the combination device 114 provide. The duty cycle adjustment device 342 is also referred to as a Duty Cycle Pre-Setting device. The duty setting signal 344 For example, it is used to get one through the intermediate signal 120 predetermined ratio of the pulse duration to the period for the operating signal 106 pretend. The duty setting signal 344 enables a PWM-controlled provision of the operating signal 106 , In this case, the Tastgradeinstelleinrichtung 342 used to the intermediate signal 120 for example, with respect to the size unit used to the control signal 124 adapt.
Die Kombiniereinrichtung 114 ist beispielhaft als eine Addiereinrichtung ausgeführt. Die Kombiniereinrichtung 114 ist ausgebildet, um das Tastgradeinstellsignal 344 und das von der Regeleinrichtung 112 bereitgestellte Stellsignal 124 zu kombinieren, hier zu addieren und als Ergebnis das kombinierte Stellsignal 126 bereitzustellen. Die Regeleinrichtung 112 wird beispielsweise verwendet, um Ungenauigkeiten im Model des Aktuators 102 auszugleichen, die zu unerwünschten Effekten führen könnten, wenn nur das Tastgradeinstellsignal 344 zum Bestimmen des Betriebssignals 106 verwendet würde. The combination device 114 is exemplified as an adder. The combination device 114 is configured to the Tastgradeinstellsignal 344 and that of the control device 112 provided actuating signal 124 to combine, to add here and as a result the combined control signal 126 provide. The control device 112 For example, it is used to detect inaccuracies in the model of the actuator 102 which could lead to undesirable effects, if only the Tastgradeinstellsignal 344 for determining the operating signal 106 would be used.
Wenn gemäß einem Ausführungsbeispiel ausschließlich eine Regelung des Aktuators 102 über das Tastgradeinstellsignal 344 erwünscht ist, kann die Regeleinrichtung 112 deaktiviert werden, beispielsweise in dem eine in der Regeleinrichtung 112 durchgeführte Verstärkung auf Null gesetzt wird. In diesem Fall findet keine Stromreglung des Aktuators 102 statt.If according to one embodiment only a control of the actuator 102 via the duty setting signal 344 is desired, the control device 112 be disabled, for example, in the one in the control device 112 performed gain is set to zero. In this case, there is no current regulation of the actuator 102 instead of.
Die Vorrichtung 100 weist eine Formungseinrichtung 346 auf, die ausgebildet ist, um unter Verwendung des Zwischensignals 120 ein Führungssignal 348 zu formen, was auch als Shaping bezeichnet wird. Die Formungseinrichtung 346 formt das Zwischensignal 120 in das Führungssignal 348 um, um zu berücksichtigen, dass das Tastgradeinstellsignal 344 auf das von der Regeleinrichtung 112 ausgegebene Stellsignal 124 aufaddiert wird. Beispielsweise ist die Formungseinrichtung 346 dazu ausgebildet, um eine Verzögerung und Filterung des Zwischensignals 120 durchzuführen, um das Führungssignal 348 zu bestimmen. Die Regeleinrichtung 112 ist ausgebildet ist, um das Stellsignal 124 in dem geschlossenen Regelkreis unter Verwendung des von der Formungseinrichtung 346 bereitgestellten Führungssignals 348 und des rückgeführten Betriebssignals 122 zu ermitteln.The device 100 has a shaping device 346 which is configured to use the intermediate signal 120 a guide signal 348 to shape, which is also referred to as shaping. The shaping device 346 forms the intermediate signal 120 in the guide signal 348 to take into account that the Tastgradeinstellsignal 344 on the of the control device 112 issued control signal 124 is added up. For example, the shaping device 346 designed to delay and filter the intermediate signal 120 to carry out the lead signal 348 to determine. The control device 112 is trained to control the signal 124 in the closed loop using the molding device 346 provided guide signal 348 and the returned operating signal 122 to determine.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist die Regeleinrichtung 112 eine Rückkopplungseinrichtung 350 und eine Reglereinrichtung 315 auf, die beispielhaft einen ersten Zweig mit einem ersten Verstärkungselement KP und dazu parallelgeschaltet einen zweiten Zweig mit einem zweiten Verstärkungselement KI mit nachgeschaltetem Summierer ∑ umfasst. Dabei kann das erste Verstärkungselement KP eine größere Verstärkung als das zweite Verstärkungselement KI aufweisen. Ferner weist die Reglereinrichtung 351 einen Summierer zum Zusammenführen der Signale der beiden Zweige zu dem Stellsignal 124 auf. Die Rückkopplungseinrichtung 350 ist ausgebildet, um das rückgeführte Betriebssignal 122 von dem Führungssignal 348 zu subtrahieren und als Ergebnis ein Regeldifferenzsignal 352 an die Reglereinrichtung 351 der Regeleinrichtung 112 bereitzustellen.According to this embodiment, the control device 112 a feedback device 350 and a regulator device 315 exemplified a first branch with a first reinforcing element KP and parallel thereto a second branch with a second reinforcement element KI with downstream summer Σ. In this case, the first reinforcing element KP a greater gain than the second reinforcing element KI respectively. Furthermore, the regulator means 351 a summer for merging the signals of the two branches to the control signal 124 on. The feedback device 350 is designed to be the returned operating signal 122 from the guide signal 348 to subtract and as a result a control difference signal 352 to the regulator device 351 the control device 112 provide.
Die Vorrichtung 100 weist eine Kompensationseinrichtung 354 auf, die ausgebildet ist, um unter Verwendung des kombinierten Stellsignals 126 und eines beispielsweise von einer Versorgungsspannung der Vorrichtung 100 oder einer Batteriespannung zum Betreiben des Aktuators 102 abhängigen Kompensationssignals 356 ein Regelsignal 358 zu bestimmen. Die Kompensationseinrichtung 354 wird auch als Feed Forward Control bezeichnet. Das Kompensationssignal 356 kann beispielsweise die invertierte Versorgungsspannung, also 1/VBAT, repräsentieren. Die Modulationseinrichtung 116 ist ausgebildet ist, um das Betriebssignal 106 basierend auf dem Regelsignal 358 bereitzustellen. Die Modulationseinrichtung 116 ist als ein PWM-Generator ausgeführt und ausgebildet, um eine Pulsweitenmodulationsgenerierung durchzuführen.The device 100 has a compensation device 354 which is configured to use the combined control signal 126 and one, for example, from a supply voltage of the device 100 or a battery voltage for operating the actuator 102 dependent compensation signal 356 a control signal 358 to determine. The compensation device 354 is also referred to as Feed Forward Control. The compensation signal 356 For example, it can represent the inverted supply voltage, ie 1 / V BAT . The modulation device 116 is designed to handle the operating signal 106 based on the control signal 358 provide. The modulation device 116 is implemented as a PWM generator and configured to perform pulse width modulation generation.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist ein Ausgangstreiber 360 vorgesehen, der das Betriebssignal 106 ausgibt. In diesem Fall wird von der Modulationseinrichtung 116 ein vorläufiges Betriebssignal bereitgestellt, das von dem Ausgangstreiber 360 als das Betriebssignal 106 ausgegeben wird.According to this embodiment, an output driver 360 provided that the operating signal 106 outputs. In this case, the modulation device 116 a preliminary operating signal provided by the output driver 360 as the operating signal 106 is issued.
Das rückgeführte Betriebssignal 122 wird gemäß diesem Ausführungsbeispiel von einer Stromsensiereinrichtung 362 bereitgestellt, die eingangsseitig mit dem Ausgangstreiber 360 verbunden ist. Somit repräsentiert das rückgeführte Betriebssignal 122 den Strom, der dem Aktuator 102 über das Betriebssignal 106 zugeführt wird.The returned operating signal 122 is according to this embodiment of a current sensor 362 provided, the input side with the output driver 360 connected is. Thus, the returned operating signal represents 122 the current flowing to the actuator 102 over the operating signal 106 is supplied.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst die Vorrichtung 100 eine Softwareeinheit 365 und einer Hardwareeinheit 367. Die Softwareeinheit 365 ist ausgebildet, um die Funktionalitäten der Steuereinrichtung 110 und der Formungseinrichtung 346 softwaremäßig zu realisieren. Dazu weist die Softwareeinheit 365 beispielsweise eine Recheneinheit auf, die ausgebildet ist, um ein die Steuereinrichtung und die Formungseinrichtung 346 realisierendes Softwaremodul, beispielsweise in Form eines Computerprogrammprodukts, auszuführen. Die Hardwareeinheit 367 weist elektrische Komponenten zum hardwaremäßigen Realisieren der weiteren Einheiten der Vorrichtung 100 auf. Beispielsweise ist die Hardwareeinheit 367 als ein ein eigenes Gehäuse aufweisendes Gerät oder als ein Baustein mit einer integrierten Schaltung realisiert. Die Hardwareeinheit 367 weist gemäß einem Ausführungsbeispiel Anschlüsse, beispielsweise Pins oder Steckkontakte auf, über die die Hardwareeinheit 367 das Zwischensignal 120 und das Führungssignal 348 empfängt und das Betriebssignal 106 ausgibt.According to one embodiment, the device comprises 100 a software unit 365 and a hardware unit 367 , The software unit 365 is adapted to the functionalities of the control device 110 and the shaping device 346 to realize software. This is indicated by the software unit 365 For example, a computing unit, which is designed to be a control device and the shaping device 346 realizing software module, for example in the form of a computer program product to execute. The hardware unit 367 has electrical components for hardware implementation of the other units of the device 100 on. For example, the hardware unit 367 realized as a device having its own housing or as a device with an integrated circuit. The hardware unit 367 has, according to one embodiment, terminals, such as pins or plug contacts, via which the hardware unit 367 the intermediate signal 120 and the guide signal 348 receives and the operating signal 106 outputs.
4 zeigt eine Vorrichtung 100 zum Bereitstellen eines pulsweitenmodulierten Betriebssignals 106 zum Betreiben eines Aktuators 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um ein Ausführungsbeispiel der anhand von 1 beschriebenen Vorrichtung handeln, die ausgebildet ist, um das Betriebssignal 106 unter Verwendung eines Vorgabesignals 104 zu generieren. Wie bereits anhand von 1 beschrieben, weist die Vorrichtung 100 eine Steuereinrichtung 110, eine Regeleinrichtung 112, eine Kombiniereinrichtung 114 und eine Modulationseinrichtung 116 auf. 4 shows a device 100 for providing a pulse width modulated operating signal 106 for operating an actuator 102 according to an embodiment. This can be a Embodiment of the basis of 1 act described device, which is adapted to the operating signal 106 using a default signal 104 to generate. As already on the basis of 1 described, the device 100 a control device 110 , a control device 112 , a combination device 114 and a modulation device 116 on.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Steuereinrichtung 110 ausgebildet ist, um neben dem Vorgabesignal 104 ein Widerstandssignal 340 zu empfangen. Das Widerstandssignal 340 repräsentiert einen Lastwiderstand des Aktuators 102. Die Steuereinrichtung 110 ist als eine sogenannte Open Loop Control ausgeführt und umfasst einen offenen Regelkreis, dem das Vorgabesignal 104 und das Widerstandssignal 340 als Eingangssignale zugeführt werden. Als Ausgangssignal des offenen Regelkreises wird das Zwischensignal 120 ausgegeben und von der Steuereinrichtung 110 bereitgestellt. Der offene Regelkreis ermöglicht es, eine durch das Vorgabesignal 104 bereitgestellte Ausgangstellgröße zum Einstellen eines durch den Aktuator 102 fließenden Stroms an den Widerstand des Aktuators 102 anzupassen. Es kann somit gesteuert werden, wieviel Stellgröße benötigt wird, um einen gewünschten Strom durch den Aktuator 102 fließen zu lassen. Beispielsweise kann bei einem einen größeren Lastwiderstand aufweisenden Aktuator 102 eine größere Stellgröße als bei einem einen niedrigeren Lastwiderstand aufweisenden alternativen Aktuator 102.According to this embodiment, the control device 110 is designed to be next to the default signal 104 a resistance signal 340 to recieve. The resistance signal 340 represents a load resistance of the actuator 102 , The control device 110 is designed as a so-called open loop control and includes an open loop, the default signal 104 and the resistance signal 340 be supplied as input signals. The output signal of the open loop is the intermediate signal 120 issued and from the controller 110 provided. The open loop allows one by the default signal 104 provided output manipulated variable for adjusting one by the actuator 102 flowing current to the resistor of the actuator 102 adapt. It can thus be controlled how much control is needed to a desired current through the actuator 102 to flow. For example, in an actuator having a greater load resistance 102 a larger manipulated variable than at a lower load resistance alternative actuator 102 ,
Die Kombiniereinrichtung 114 ist beispielhaft als eine Addiereinrichtung ausgeführt. Die Kombiniereinrichtung 114 ist ausgebildet, um das Zwischensignal 120 und das von der Regeleinrichtung 112 bereitgestellte Stellsignal 124 zu kombinieren, hierzu addieren und als Ergebnis das kombinierte Stellsignal 126 bereitzustellen. Die Regeleinrichtung 112 wird beispielsweise verwendet, um Ungenauigkeiten im Model des Aktuators 102 auszugleichen, die zu unerwünschten Effekten führen könnten, wenn nur das Tastgradeinstellsignal 120 zum Bestimmen des Betriebssignals 106 verwendet würde.The combination device 114 is exemplified as an adder. The combination device 114 is trained to the intermediate signal 120 and that of the control device 112 provided actuating signal 124 to combine, add to it and as a result the combined control signal 126 provide. The control device 112 For example, it is used to detect inaccuracies in the model of the actuator 102 which could lead to undesirable effects, if only the Tastgradeinstellsignal 120 for determining the operating signal 106 would be used.
Die Vorrichtung 100 weist eine Formungseinrichtung 346 auf, die ausgebildet ist, um unter Verwendung des Zwischensignals 120 ein Führungssignal 348 zu formen, was auch als Shaping bezeichnet wird. Die Formungseinrichtung 346 formt das Zwischensignal 120 in das Führungssignal 348 um, um zu berücksichtigen, dass das Zwischensignal 120 auf das von der Regeleinrichtung 112 ausgegebene Stellsignal 124 aufaddiert wird. Beispielsweise ist die Formungseinrichtung 346 dazu ausgebildet, um eine Verzögerung und Filterung des Zwischensignals 120 durchzuführen, um das Führungssignal 348 zu bestimmen.The device 100 has a shaping device 346 which is configured to use the intermediate signal 120 a guide signal 348 to shape, which is also referred to as shaping. The shaping device 346 forms the intermediate signal 120 in the guide signal 348 um, to take into account that the intermediate signal 120 on the of the control device 112 issued control signal 124 is added up. For example, the shaping device 346 designed to delay and filter the intermediate signal 120 to carry out the lead signal 348 to determine.
Die Regeleinrichtung 112 ist ausgebildet ist, um das Stellsignal 124 in dem geschlossenen Regelkreis unter Verwendung des von der Formungseinrichtung 346 bereitgestellten Führungssignals 348 und des rückgeführten Betriebssignals 122 zu ermitteln. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist die Regeleinrichtung 112 eine Rückkopplungseinrichtung 350 und eine Reglereinrichtung 451 auf. Die Rückkopplungseinrichtung 350 ist ausgebildet, um das rückgeführte Betriebssignal 122 von dem Zwischensignal 120 zu subtrahieren und als Ergebnis ein Regeldifferenzsignal 352 an die Reglereinrichtung 451 der Regeleinrichtung 112 bereitzustellen. Die Regeleinrichtung 112 realisiert einen offenen Regelkreis und kann auch als Closed Loop Control bezeichnet werden. Beispielsweise umfasst die Regeleinrichtung 112 einen PI(D)-Regler.The control device 112 is trained to control the signal 124 in the closed loop using the molding device 346 provided guide signal 348 and the returned operating signal 122 to determine. According to this embodiment, the control device 112 a feedback device 350 and a regulator device 451 on. The feedback device 350 is designed to be the returned operating signal 122 from the intermediate signal 120 to subtract and as a result a control difference signal 352 to the regulator device 451 the control device 112 provide. The control device 112 implements an open loop and can also be called Closed Loop Control. For example, the control device comprises 112 a PI (D) controller.
Wenn gemäß einem Ausführungsbeispiel ausschließlich eine Regelung des Aktuators 102 über das Zwischensignal 120 erwünscht ist, kann die Regeleinrichtung 112 deaktiviert werden, beispielsweise in dem eine in der Regeleinrichtung 112 durchgeführte Verstärkung auf Null gesetzt wird. In diesem Fall findet keine Stromreglung des Aktuators 102 statt.If according to one embodiment only a control of the actuator 102 over the intermediate signal 120 is desired, the control device 112 be disabled, for example, in the one in the control device 112 performed gain is set to zero. In this case, there is no current regulation of the actuator 102 instead of.
Die Vorrichtung 100 weist eine Kompensationseinrichtung 354 auf, die ausgebildet ist, um unter Verwendung des kombinierten Stellsignals 126 und eines beispielsweise von einer Versorgungsspannung der Vorrichtung 100 oder einer Batteriespannung zum Betreiben des Aktuators 102 abhängigen Kompensationssignals 356 ein Regelsignal 358 zu bestimmen. Die Kompensationseinrichtung 354 wird auch als Feed Forward Control bezeichnet.The device 100 has a compensation device 354 which is configured to use the combined control signal 126 and one, for example, from a supply voltage of the device 100 or a battery voltage for operating the actuator 102 dependent compensation signal 356 a control signal 358 to determine. The compensation device 354 is also referred to as Feed Forward Control.
Die Vorrichtung 100 weist eine Tastgradeinrichtung 442 auf, die ausgebildet ist, um unter Verwendung des Regelsignals 358 ein Tastgradsignal 444 zu bestimmen und an eine optionale Schalteinrichtung 460 oder direkt an die Modulationseinrichtung 116 bereitzustellen. Die Tastgradeinrichtung 442 wird auch als Direct Duty Cycle Einrichtung bezeichnet. Das Tastgradsignal 444 wird beispielsweise verwendet, um ein durch das Regelsignal 358 vorgegebenes Verhältnis der Impulsdauer zur Periodendauer für das Betriebssignal 106 vorzugeben. Die Tastgradeinrichtung 442 wird beispielsweise verwendet, um das Regelsignal 358 bezüglich einer verwendeten Größeneinheit anzupassen.The device 100 has a Tastgradeinrichtung 442 which is configured to use the control signal 358 a duty cycle signal 444 and to an optional switching device 460 or directly to the modulation device 116 provide. The Tastgradeinrichtung 442 is also referred to as a direct duty cycle facility. The duty cycle signal 444 for example, is used to get one through the control signal 358 predetermined ratio of the pulse duration to the period for the operating signal 106 pretend. The Tastgradeinrichtung 442 is used, for example, to control the signal 358 to adapt to a size unit used.
Gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Modulationseinrichtung 116 ausgebildet, um das Betriebssignal 106 basierend auf dem Tastgradsignal 444 bereitzustellen. Die Modulationseinrichtung 116 ist als ein PWM-Generator ausgeführt und ausgebildet, um eine Pulsweitenmodulationsgenerierung durchzuführen.According to the embodiment shown, the modulation device 116 trained to the operating signal 106 based on the duty cycle signal 444 provide. The modulation device 116 is implemented as a PWM generator and configured to perform pulse width modulation generation.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist ein Ausgangstreiber 360 vorgesehen, der das Betriebssignal 106 ausgibt. In diesem Fall wird von der Modulationseinrichtung 116 ein vorläufiges Betriebssignal bereitgestellt, das von dem Ausgangstreiber 360 als das Betriebssignal 106 ausgegeben wird. According to this embodiment, an output driver 360 provided that the operating signal 106 outputs. In this case, the modulation device 116 a preliminary operating signal provided by the output driver 360 as the operating signal 106 is issued.
Das rückgeführte Betriebssignal 122 wird gemäß diesem Ausführungsbeispiel von einer Stromsensiereinrichtung 362 bereitgestellt, die eingangsseitig mit dem Ausgangstreiber 360 verbunden ist. Somit repräsentiert das rückgeführte Betriebssignal 122 den Strom, der dem Aktuator 102 über das Betriebssignal 106 zugeführt wird.The returned operating signal 122 is according to this embodiment of a current sensor 362 provided, the input side with the output driver 360 connected is. Thus, the returned operating signal represents 122 the current flowing to the actuator 102 over the operating signal 106 is supplied.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die Vorrichtung 100 eine weitere Regeleinrichtung 462, eine weitere Kompensationseinrichtung 464 und die Schalteinrichtung 460 auf. Die weitere Regeleinrichtung 462 ausgebildet ist, um in einem weiteren geschlossenen Regelkreis unter Verwendung eines weiteren Führungssignals 466 und des rückgeführten Betriebssignals 122 ein weiteres Stellsignal zu ermitteln. Die weitere Regeleinrichtung 462 umfasst beispielhaft einen ersten Zweig mit einem ersten Verstärkungselement KP und dazu parallelgeschaltet einen zweiten Zweig mit einem zweiten Verstärkungselement KI mit nachgeschaltetem Summierer ∑. Dabei kann das erste Verstärkungselement KP eine größere Verstärkung als das zweite Verstärkungselement KI aufweisen. Ferner weist die Reglereinrichtung 351 einen Summierer zum Zusammenführen der Signale der beiden Zweige zu dem weiteren Stellsignal auf. Die Kompensationseinrichtung 464 ist ausgebildet, um unter Verwendung des weiteren Stellsignals und eines von einer Versorgungsspannung der Vorrichtung abhängigen weiteren Kompensationssignals 468 ein weiteres Regelsignal 470 zu bestimmen. Die Schalteinrichtung 460 ist ausgebildet, um unter Verwendung eines Schaltsignals 472 entweder das Tastgradsignal 444 oder alternativ das weitere Regelsignal 470 an die Modulationseinrichtung 116 bereitzustellen. Das Schaltsignal 472 wird auch als Select Direct DutyCycle-Signal bezeichnet.According to one embodiment, the device 100 another control device 462 , another compensation device 464 and the switching device 460 on. The further control device 462 is configured to in a further closed loop using a further control signal 466 and the returned operating signal 122 to determine another actuating signal. The further control device 462 includes, by way of example, a first branch with a first reinforcing element KP and parallel thereto a second branch with a second reinforcement element KI with a following summer Σ. In this case, the first reinforcing element KP a greater gain than the second reinforcing element KI respectively. Furthermore, the regulator means 351 a summer for merging the signals of the two branches to the further control signal. The compensation device 464 is configured to use the further control signal and a dependent of a supply voltage of the device further compensation signal 468 another control signal 470 to determine. The switching device 460 is designed to operate using a switching signal 472 either the duty cycle signal 444 or alternatively the further control signal 470 to the modulation device 116 provide. The switching signal 472 Also called the Select Direct DutyCycle signal.
Die optionale weitere Regeleinrichtung 462 ermöglicht es, die anhand von 4 beschriebene Vorrichtung 100 auch als eine Vorrichtung 200 zu verwenden, wie sie anhand von 2 beschrieben ist.The optional further control device 462 allows it to be based on 4 described device 100 also as a device 200 to use as they are based on 2 is described.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst die Vorrichtung 100 eine Softwareeinheit 475 und einer Hardwareeinheit 477. Die Softwareeinheit 475 ist ausgebildet, um die Funktionalitäten der Steuereinrichtung 110, der Formungseinrichtung 346, der Regeleinrichtung 112, der Kombinationseinrichtung 114 und der Kompensationseinrichtung 354 softwaremäßig zu realisieren. Dazu weist die Softwareeinheit 475 beispielsweise eine Recheneinheit auf, die ausgebildet ist, um ein die entsprechenden Einheiten realisierendes Softwaremodul, beispielsweise in Form eines Computerprogrammprodukts, auszuführen. Die Hardwareeinheit 477 weist elektrische Komponenten zum hardwaremäßigen Realisieren der weiteren Einheiten der Vorrichtung 100 auf. Beispielsweise ist die Hardwareeinheit 477 als ein ein eigenes Gehäuse aufweisendes Gerät oder als ein Baustein mit einer integrierten Schaltung realisiert. Die Hardwareeinheit 477 weist gemäß einem Ausführungsbeispiel Anschlüsse, beispielsweise Pins oder Steckkontakte auf, über die die Hardwareeinheit 477 das Regelsignal und optional das weitere Führungssignal 466 empfängt und das Betriebssignal 106 und das rückgeführte Betriebssignal 122 ausgibt.According to one embodiment, the device comprises 100 a software unit 475 and a hardware unit 477 , The software unit 475 is adapted to the functionalities of the control device 110 , the shaping device 346 , the control device 112 , the combination device 114 and the compensation device 354 to realize software. This is indicated by the software unit 475 For example, a computing unit which is designed to implement a software module implementing the corresponding units, for example in the form of a computer program product. The hardware unit 477 has electrical components for hardware implementation of the other units of the device 100 on. For example, the hardware unit 477 realized as a device having its own housing or as a device with an integrated circuit. The hardware unit 477 has, according to one embodiment, terminals, such as pins or plug contacts, via which the hardware unit 477 the control signal and optionally the further guidance signal 466 receives and the operating signal 106 and the returned operating signal 122 outputs.
Die anhand der 3 und 4 beschriebenen Vorrichtungen 100 ermöglichen es, die beispielsweise bei der anhand von 2 beschriebenen Vorrichtung 200 vorhandenen performanten HW-Ressourcen (Regler und Versorgungsspannungskompensation (FeedForwardControl mit 1/Vbat)) zu benutzen und gleichzeitig mit einem Open Loop Anteil zu kombinieren, um Schwingungen im Gesamtsystem zu verhindern.The basis of the 3 and 4 described devices 100 allow it, for example, in the basis of 2 described device 200 existing high-performance HW resources (controller and supply voltage compensation (FeedForwardControl with 1 / Vbat)) and at the same time combine with an open loop component to prevent oscillations in the overall system.
Bei dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel wird die anhand von 4 gezeigte Schalteinrichtung 460, der sogenannte Mode Switch (Select Select Current Control vs. Direct Duty Cycle), durch eine geeignete Einheit ersetzt, mit der der Closed Loop Anteil mit dem Open Loop Anteil (DCPreControl) kombiniert werden kann und die restlichen Störgrößen in der resultierenden Stellgröße kompensiert werden.At the in 3 embodiment shown is the basis of 4 shown switching device 460 , the so-called mode switch (Select Select Current Control vs. Direct Duty Cycle), replaced by a suitable unit with which the closed loop component with the open loop component (DCPreControl) can be combined and the remaining disturbances are compensated in the resulting manipulated variable ,
Wenn alternative Direct Duty Cycle und Current Control Modi in der beschriebenen Art und Weise kombiniert werden, können die in den 2 bis 4 beschriebenen Vorrichtung 100, 200 je nach Anwendungsfall und Schwingungsneigung des Gesamtsystems ohne Einschränkung gewählt werden. Weiterhin ist es mit dieser Lösung möglich, weiterhin Aktuatoren 102 zu betreiben, die eine feste Stellgröße benötigen.If alternative Direct Duty Cycle and Current Control modes are combined in the described manner, those in the 2 to 4 described device 100 . 200 depending on the application and vibration tendency of the entire system can be selected without restriction. Furthermore, it is possible with this solution, further actuators 102 to operate, which require a fixed control value.
Bei dem anhand von 4 beschriebenen Ausführungsbeispiel wird dazu ein Konstrukt verwendet, das ausschließlich einen eventuell vorhandenen Mode Switch „Select Direct Duty Cycle“ in Form der Schalteinrichtung 460 verwendet. In einer geeigneten Recheneinheit wird in zwei parallelen Zweigen die Stellgröße berechnet. Der erste Zweig umfasst dann die Reglereinrichtung 451, beispielsweise in Form eines PI(D)-Reglers (Closed Loop Control) und der zweite Zweig die Steuereinrichtung 110 (Open Loop Control).In the case of 4 described embodiment, a construct is used to exclusively a possibly existing mode switch "Select Direct Duty Cycle" in the form of the switching device 460 used. In a suitable arithmetic unit, the manipulated variable is calculated in two parallel branches. The first branch then comprises the regulator device 451 , for example in the form of a PI (D) controller (closed loop control) and the second branch the control device 110 (Open Loop Control).
Der Open Loop Anteil der Steuereinrichtung 110 ist hierbei der bestimmende Faktor und sorgt dafür, dass das Gesamtsystem stabil wird. Der Closed Loop Anteil der Reglereinrichtung 451 sorgt nur noch für die im System benötigte Genauigkeit. Diese beiden Anteile in Form des Zwischensignals 120 und des Stellsignals 124 werden kombiniert und über eine geeignete Ausgabeeinheit ausgegeben. Dazu ist der vorhandene (HW)-Regler mit der weiteren Regeleinrichtung 462 und der weiteren Kompensationseinrichtung 464 zu deaktivieren und stattdessen die Stellgröße in Form des Tastgradsignals 444 direkt auszugeben, indem eine Select Direct DutyCycle-Stellung der Schalteinrichtung 460 gewählt wird, wie es in 4 gezeigt ist.The open loop portion of the controller 110 This is the determining factor and ensures that the overall system becomes stable. The closed Loop portion of the regulator device 451 only ensures the accuracy required in the system. These two parts in the form of the intermediate signal 120 and the control signal 124 are combined and output via a suitable output unit. This is the existing (HW) controller with the other control device 462 and the further compensation device 464 to disable and instead the manipulated variable in the form of the duty cycle signal 444 directly output by selecting a Select Direct DutyCycle position of the switching device 460 is chosen as it is in 4 is shown.
Bei dieser Lösung kann der vorhandene HW-Regler mit der weiteren Regeleinrichtung 462 und der weiteren Kompensationseinrichtung 464 nicht verwendet werden, sodass andere Störgrößen über eine langsamere SW-Lösung in der Softwareeinheit 475 kompensiert werden. Ein HW-Regler wie er anhand von 2 beschrieben ist, und der von der in 4 gezeigten Vorrichtung 100 noch umfasst ist, kann nur entweder den Strom regeln (Current Control Mode) oder die Stellgröße direkt ausgeben.In this solution, the existing HW controller with the other control device 462 and the further compensation device 464 can not be used, so other disturbances over a slower SW solution in the software unit 475 be compensated. A HW controller like him 2 is described, and that of the in 4 shown device 100 is still included, can only either control the current (Current Control Mode) or output the manipulated variable directly.
Der beschriebene Ansatz kann für alle Steuerungen eingesetzt werden, in denen Aktuatoren 102 angesteuert werden, bei denen der Strom durch den Aktuator 102 geregelt wird und es Stabilitätsprobleme geben kann.The approach described can be used for all controls in which actuators 102 be driven, where the current through the actuator 102 is regulated and there can be stability problems.
5 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Bereitstellen eines pulsweitenmodulierten Betriebssignals zum Betreiben eines Aktuators gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Verfahren kann beispielsweise unter Verwendung einer Vorrichtung ausgeführt werden, wie sie anhand der 1, 3 und 4 beschrieben ist. 5 shows a flowchart of a method for providing a pulse width modulated operating signal for operating an actuator according to an embodiment. The method can be carried out, for example, by using a device as described on the basis of FIG 1 . 3 and 4 is described.
In einem Schritt 510 wird ein offener Regelkreis verwendet, um unter Verwendung eines Vorgabesignals ein Zwischensignal zu bestimmen. In einem Schritt 512 wird ein geschlossener Regelkreis verwendet, um basierend auf dem Zwischensignal und einem rückgeführten Betriebssignal ein Stellsignal zu ermitteln. In einem Schritt 514 wird werden das Zwischensignal und das Stellsignal zu einem kombinierten Stellsignal kombiniert. In einem Schritt 516 wird das kombinierte Stellsignal verwendet, um das Betriebssignal bereitzustellen.In one step 510 For example, an open loop is used to determine an intermediate signal using a default signal. In one step 512 a closed loop is used to determine a control signal based on the intermediate signal and a returned operating signal. In one step 514 the intermediate signal and the control signal are combined to form a combined control signal. In one step 516 the combined control signal is used to provide the operating signal.
Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“ Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so kann dies so gelesen werden, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.If an exemplary embodiment comprises a "and / or" link between a first feature and a second feature, this can be read so that the embodiment according to one embodiment, both the first feature and the second feature and according to another embodiment, either only the first Feature or only the second feature.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
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100100
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Vorrichtungdevice
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102102
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Aktuatoractuator
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104104
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Vorgabesignalsetting signal
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106106
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Betriebssignaloperating signal
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108108
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Fahrzeugvehicle
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110110
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Steuereinrichtungcontrol device
-
112112
-
Regeleinrichtungcontrol device
-
114114
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Kombiniereinrichtungcombiner
-
116116
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Modulationseinrichtungmodulation means
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120120
-
Zwischensignalintermediate signal
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122122
-
rückgeführtes Betriebssignalreturned operating signal
-
124124
-
Stellsignalactuating signal
-
126126
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kombiniertes Stellsignalcombined control signal
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130130
-
Steuereinheitcontrol unit
-
132132
-
Energieversorgungseinrichtung
Power supply means
-
200200
-
Vorrichtungdevice
-
210210
-
Regeleinrichtungcontrol device
-
230230
-
Kompensationseinrichtungcompensator
-
232232
-
Schalteinrichtungswitching device
-
234234
-
Tastgradeinrichtung
Tastgradeinrichtung
-
340340
-
Widerstandssignalresistance signal
-
342342
-
TastgradeinstelleinrichtungTastgradeinstelleinrichtung
-
344344
-
TastgradeinstellsignalTastgradeinstellsignal
-
346346
-
Formungseinrichtungshaper
-
348348
-
FührungssignalReference signal
-
350350
-
RückkopplungseinrichtungFeedback means
-
352352
-
RegeldifferenzsignalControl difference signal
-
354354
-
Kompensationseinrichtungcompensator
-
356356
-
Kompensationssignalcompensation signal
-
358358
-
Regelsignalcontrol signal
-
360360
-
Ausgangstreiberoutput driver
-
362362
-
StromsensiereinrichtungStromsensiereinrichtung
-
365365
-
Softwareeinheitsoftware unit
-
367367
-
Hardwareeinheit
hardware unit
-
442442
-
TastgradeinrichtungTastgradeinrichtung
-
444444
-
Tastgradsignalduty cycle signal
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451451
-
Reglereinrichtungregulator means
-
460460
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Schalteinrichtungswitching device
-
462462
-
weitere Regeleinrichtungfurther control device
-
464464
-
weitere Kompensationseinrichtungfurther compensation device
-
466466
-
weiteres Führungssignalanother guidance signal
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468468
-
weiteres Kompensationssignalanother compensation signal
-
470470
-
weiteres Regelsignalfurther control signal
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472472
-
Schaltsignalswitching signal
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475475
-
Softwareeinheitsoftware unit
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477477
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Hardwareeinheit
hardware unit
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510510
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Schritt des BestimmensStep of determining
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512512
-
Schritt des ErmittelnsStep of determining
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514514
-
Schritt des KombinierensStep of combining
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516516
-
Schritt des BereitstellensStep of providing
