DE102019134917A1 - Method for improving the control of an actuator and device for carrying out the method - Google Patents

Method for improving the control of an actuator and device for carrying out the method Download PDF

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    • G05B13/02Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric
    • G05B13/04Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric involving the use of models or simulators

Abstract

Verfahren zur Verbesserung der Ansteuerung einer Regelstrecke mit mindestens einem Aktuator, umfassend die Verfahrensschritte:a) Bestimmen und Setzen eines zu erreichenden Soll-Werts einer Regelgröße des Aktuators;b) Bestimmen einer Vorsteuerung einer Stellgröße des Aktuators mittels eines Vorsteuersignals einer Stellgröße bestehend aus einer statischen Vorsteuerung der Stellgröße mittels eines statischen Vorsteuersignals und einer dynamischen Vorsteuerung der Stellgröße mittels eines dynamischen Vorsteuersignals, sowie einer Feedback-Steuerung des Aktuators mittels eines Feedback-Signals der Stellgröße;c) Erzeugen eines kombinierten Steuersignals durch Kombinieren des Vorsteuersignals der Stellgröße und des Feedback-Signals der Stellgröße und Ansteuern des Aktuators mittels des kombinierten Steuersignals;d) Messen des Ist-Werts der Regelgröße des Aktuators nach Ansteuerung des Aktuators mittels des kombinierten Steuersignals;e) Rückführen des Vorsteuersignals in ein Streckenmodell und Erzeugen einer Regelgröße des Streckenmodells und Bilden eines ersten Regeldifferenzwerts zwischen dem zu erreichenden Soll-Wert der Regelgröße und der Regelgröße des Streckenmodells und Rückführen des ersten Regeldifferenzwerts in die dynamische Vorsteuerung der Stellgröße, und Bilden eines zweiten Regeldifferenzwerts zwischen der Regelgröße des Streckenmodells und dem Ist-Wert der Regelgröße nach Ansteuerung und Rückführen des zweiten Regeldifferenzwerts in die Feedback-Steuerung der Stellgröße.A method for improving the control of a controlled system with at least one actuator, comprising the steps of: a) determining and setting a target value to be achieved for a controlled variable of the actuator; b) determining a precontrol of a manipulated variable of the actuator by means of a precontrol signal of a manipulated variable consisting of a static Pre-control of the manipulated variable by means of a static pre-control signal and a dynamic pre-control of the manipulated variable by means of a dynamic pre-control signal, as well as feedback control of the actuator by means of a feedback signal of the manipulated variable; c) generating a combined control signal by combining the precontrol signal of the manipulated variable and the feedback signal the manipulated variable and control of the actuator by means of the combined control signal; d) measuring the actual value of the controlled variable of the actuator after control of the actuator by means of the combined control signal; e) feeding the precontrol signal back into a system model and Generation of a controlled variable of the system model and formation of a first system deviation value between the target value to be achieved of the controlled variable and the controlled variable of the system model and feedback of the first system deviation value into the dynamic feedforward control of the manipulated variable, and formation of a second system deviation value between the controlled variable of the system model and the actual Value of the controlled variable after activation and feedback of the second control difference value in the feedback control of the manipulated variable.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung einer Ansteuerung einer Regelstrecke, welche bevorzugt mindestens einen Aktuator umfasst, um eine der Regelstrecke zugehörige Messgröße zu verändern, sowie eine Vorrichtung zum Durchführen eines derartigen Verfahrens.The invention relates to a method for improving the control of a controlled system, which preferably comprises at least one actuator in order to change a measured variable belonging to the controlled system, as well as a device for carrying out such a method.

Dieses Verfahren zielt darauf ab, eine Veränderung der Messgröße der Regelstrecke, schneller und zuverlässiger nachzufolgen und einen zu erreichenden Ist-Wert der Regelstrecke einzustellen.This procedure aims to follow up a change in the measured variable of the controlled system more quickly and reliably and to set an actual value to be achieved for the controlled system.

Es sind aus dem Stand der Technik Verfahren bekannt, mittels welchen eine Vorsteuerung der Regelstrecke und ebenso eine Feedback-Steuerung durchgeführt wird, um eine Regelstrecke von einem aktuellen Wert auf den zu erreichenden Ist-Wert der Messgröße anzupassen. Eine Vorsteuerung bzw. eine Feedback-Steuerung sind aus dem Stand der Technik bekannt und werden oftmals in einer kombinierten Art und Weise verwendet.Methods are known from the prior art by means of which a pre-control of the controlled system and also a feedback control are carried out in order to adapt a controlled system from a current value to the actual value of the measured variable to be achieved. A feedforward control and a feedback control are known from the prior art and are often used in a combined manner.

Derartige Verfahren bzw. Systeme aus dem Stand der Technik haben jedoch Nachteile, die sich im Realsystem als unvorteilhaft herausstellen. Durch eine fehlende Abstimmung zwischen der Vorsteuerung und der Feedback-Steuerung kann es dazu führen, dass Überschwingungen auftreten.However, such methods or systems from the prior art have disadvantages which turn out to be disadvantageous in the real system. A lack of coordination between the feedforward control and the feedback control can lead to overshoots occurring.

Es ist demnach die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens bereitzustellen, wodurch eine Ansteuerung der Regelstrecke verbessert werden kann.It is accordingly the object of the present invention to provide a method and a device for carrying out the method, as a result of which control of the controlled system can be improved.

Diese Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie des Patentanspruchs 5.This object is achieved by the subject matter having the features of claim 1 and claim 5.

Kerngedanke der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Verbesserung der Ansteuerung einer Regelstrecke, welche bevorzugt einen Aktuator aufweist, um eine der Regelstrecke zugehörige Regelgröße zu verändern, bereitzustellen, umfassend die Verfahrensschritte:

  1. a) Bestimmen und Setzen eines zu erreichenden Soll-Werts der Regelgröße der Regelstrecke;
  2. b) Bestimmen einer Vorsteuerung der Regelstrecke mittels eines Vorsteuersignals einer Stellgröße bestehend aus einer statischen Vorsteuerung der Stellgröße mittels eines statischen Vorsteuersignals und einer dynamischen Vorsteuerung der Stellgröße mittels eines dynamischen Vorsteuersignals, sowie einer Feedback-Steuerung der Regelstrecke mittels eines Feedback-Signals der Stellgröße;
  3. c) Erzeugen eines kombinierten Steuersignals durch Kombinieren des Vorsteuersignals der Stellgröße und des Feedback-Signals der Stellgröße und Ansteuern des Aktuators mittels des kombinierten Steuersignals;
  4. d) Messen des Ist-Werts der Regelgröße der Regelstrecke nach Ansteuerung der Regelstrecke mittels des kombinierten Steuersignals;
  5. e) Rückführen des Vorsteuersignals in ein Streckenmodell und Erzeugen einer Regelgröße des Streckenmodells und Bilden eines ersten Differenzwerts zwischen dem zu erreichenden Ist-Wert der Regelgröße und der Regelgröße des Streckenmodells und Rückführen des ersten Differenzwerts in die dynamische Vorsteuerung der Regelgröße, und Bilden eines zweiten Differenzwerts zwischen der Regelgröße des Streckenmodells und dem Ist-Wert der Regelgröße nach Ansteuerung und Rückführen des zweiten Differenzwerts in die Feedback-Steuerung der Stellgröße.
The core idea of the invention is to provide a method for improving the control of a controlled system, which preferably has an actuator in order to change a controlled variable belonging to the controlled system, comprising the method steps:
  1. a) determining and setting a target value to be achieved for the controlled variable of the controlled system;
  2. b) determining a pre-control of the controlled system by means of a pilot signal of a manipulated variable consisting of a static pilot control of the manipulated variable by means of a static pilot signal and a dynamic pilot control of the manipulated variable by means of a dynamic pilot signal, as well as a feedback control of the controlled system by means of a feedback signal of the manipulated variable;
  3. c) generating a combined control signal by combining the pilot signal of the manipulated variable and the feedback signal of the manipulated variable and controlling the actuator by means of the combined control signal;
  4. d) measuring the actual value of the controlled variable of the controlled system after activation of the controlled system by means of the combined control signal;
  5. e) Feeding the precontrol signal back into a plant model and generating a controlled variable of the plant model and forming a first difference value between the actual value to be achieved of the controlled variable and the controlled variable of the plant model and feeding back the first differential value into the dynamic precontrol of the controlled variable, and forming a second differential value between the controlled variable of the plant model and the actual value of the controlled variable after activation and feedback of the second differential value into the feedback control of the manipulated variable.

Unter einer Regelgröße ist die Größe zu verstehen, welche durch die Regelstrecke geregelt wird oder geregelt werden soll. Insbesondere umfasst die Regelstrecke einen oder mehrere Aktuatoren, mittels welchen die Regelgröße geregelt werden kann.A controlled variable is to be understood as the variable which is or is to be controlled by the controlled system. In particular, the controlled system comprises one or more actuators by means of which the controlled variable can be controlled.

Die Regelstrecke ist derjenige Teil des Regelkreises, der die zu regelnde physikalische Größe, also die Regelgröße, umfasst, auf die mittels der Stellgröße eingewirkt werden soll.The controlled system is that part of the control loop that includes the physical variable to be controlled, that is, the controlled variable, which is to be acted on by means of the manipulated variable.

Die Regelgröße ist insbesondere ein im Wesentlichen konstanter Wert, bezogen auf eine Zeitdauer, welche klein genug dafür ist. Durch Anpassungen des Systems kann es erforderlich sein, dass der Wert der Regelgröße verändert werden muss. Ein entsprechender Soll-Wert der Regelgröße wird entsprechend den Anforderungen des Systems bestimmt und gesetzt. Der Soll-Wert kann dabei vorzugsweise über oder unter dem Ist-Wert der Regelgröße liegen.The controlled variable is in particular an essentially constant value, based on a period of time which is short enough for this. Adjustments to the system may make it necessary to change the value of the controlled variable. A corresponding target value for the controlled variable is determined and set according to the requirements of the system. The setpoint value can preferably be above or below the actual value of the controlled variable.

Nachdem der Soll-Wert der Regelgröße bekannt ist, wird eine Vorsteuerung, auch als eine Feedforward-Steuerung bekannt, der Regelstrecke durchgeführt. Die Vorsteuerung umfasst erfindungsgemäß eine statische Vorsteuerung der Stellgröße der Regelstrecke und eine dynamische Vorsteuerung der Stellgröße der Regelstrecke und wiederum eine Feedback-Steuerung der Stellgröße der Regelstrecke. Die Stellgröße der Regelstrecke ist die Größe, mittels welcher die Regelstrecke angesteuert wird, um die Regelgröße zu verändern. Dies heißt, dass eine Bestimmung einer Vorsteuerung der Regelstrecke mittels eines Vorsteuersignals einer Stellgröße durchgeführt wird, wobei die Vorsteuerung aus einer statischen Vorsteuerung der Stellgröße mittels eines statischen Vorsteuersignals und einer dynamischen Vorsteuerung der Stellgröße mittels eines dynamischen Vorsteuersignals, sowie einer Feedback-Steuerung der Regelstrecke mittels eines Feedback-Signals der Stellgröße, besteht.After the setpoint value of the controlled variable is known, a pre-control, also known as a feedforward control, is carried out on the controlled system. According to the invention, the precontrol includes a static precontrol of the manipulated variable of the controlled system and a dynamic precontrol of the manipulated variable of the controlled system and, in turn, feedback control of the manipulated variable of the controlled system. The manipulated variable of the controlled system is the variable by means of which the controlled system is controlled in order to change the controlled variable. This means that a pre-control of the controlled system is determined by means of a pilot control signal of a manipulated variable, the pilot control consisting of a static pilot control of the manipulated variable by means of a static pilot control signal and a dynamic pilot control of the manipulated variable by means of a dynamic pilot control signal, as well as a feedback control of the controlled system by means of a feedback signal of the manipulated variable.

Nachdem diese Vorsteuerungen und die Feedback-Steuerung bestimmt worden sind, werden diese miteinander kombiniert zu einem kombinierten Steuersignal, mittels welchem die Regelstrecke bzw. der Aktuator angesteuert wird.After these pre-controls and the feedback control have been determined, they are combined with one another to form a combined control signal by means of which the controlled system or the actuator is controlled.

Anschließend, nachdem die Regelstrecke angesteuert worden ist, wird ein Ist-Wert der Regelgröße ermittelt.Then, after the controlled system has been activated, an actual value of the controlled variable is determined.

Anschließend wird das Vorsteuersignal in ein Streckenmodell rückgeführt und eine Regelgröße des Streckenmodells erzeugt und ein erster Regeldifferenzwert zwischen dem zu erreichenden Soll-Wert der Regelgröße und der Regelgröße des Streckenmodells und Rückführen des ersten Regeldifferenzwerts in die dynamische Vorsteuerung der Stellgröße, und Bilden eines zweiten Regeldifferenzwerts zwischen der Regelgröße des Streckenmodells und dem Ist-Wert der Regelgröße nach Ansteuerung und Rückführen des zweiten Regeldifferenzwerts in die Feedback-Steuerung der Stellgröße.The precontrol signal is then fed back into a plant model and a controlled variable of the plant model is generated and a first control difference value between the target value to be achieved for the controlled variable and the controlled variable of the plant model and the first control difference value is fed back into the dynamic feedforward control of the manipulated variable, and a second control difference value is formed between the controlled variable of the plant model and the actual value of the controlled variable after activation and feedback of the second control difference value in the feedback control of the manipulated variable.

Die Regelgröße des Streckenmodells ist dabei erfindungsgemäß lediglich abhängig von dem Vorsteuersignal, das heißt der statischen und der dynamischen Vorsteuerung der Stellgröße.According to the invention, the controlled variable of the system model is only dependent on the pilot control signal, that is, the static and dynamic pilot control of the manipulated variable.

Das Streckenmodell ist vorzugsweise in einer Speichereinheit bzw. einem Speicher hinterlegt, und ist vorbestimmt und kann nachträglich verändert werden. Das Streckenmodell dient zur Vorhersage des Verhaltens des Systems bzw. der Regelstrecke bzw. des Aktuators bei einer Ansteuerung des Systems bzw. der Regelstrecke bzw. des Aktuators.The system model is preferably stored in a storage unit or a memory, and is predetermined and can be changed later. The system model is used to predict the behavior of the system or the controlled system or the actuator when the system or the controlled system or the actuator is activated.

Unter einem Streckenmodell wird dabei insbesondere verstanden, dass die tatsächliche Regelstrecke modelliert ist, das heißt, theoretisch dargestellt ist und entsprechend den Eingangsgrößen eine modellierte Ausgangsgröße erzeugt werden kann. Das Streckenmodell wird anhand eines Satzes von Differentialgleichungen dargestellt. Das Streckenmodell kann dabei beliebig umfangreich ausgestaltet sein und die verschiedensten Beziehungen der Regelstrecke umfassen. Insbesondere wird die Dynamik des Systems abgebildet, sowie das zeitliche Verhalten des Systems.In this context, a system model is understood in particular to mean that the actual controlled system is modeled, that is, is represented theoretically, and a modeled output variable can be generated in accordance with the input variables. The plant model is represented using a set of differential equations. The system model can be designed to be as extensive as desired and include the most varied of relationships of the controlled system. In particular, the dynamics of the system are mapped, as well as the time behavior of the system.

Im Nachfolgenden wird die Funktionsweise der unterschiedlichen Ansteuerungen der Regelstrecke bzw. des Aktuators genauer dargestellt.In the following, the functionality of the different controls of the controlled system or the actuator is shown in more detail.

Unter einer statischen Vorsteuerung wird wie im Stand der Technik verstanden. Die Stellgröße der Regelstrecke bzw. des Aktuators wird mit einem Wert beaufschlagt.A static pilot control is understood as in the prior art. A value is applied to the manipulated variable of the controlled system or the actuator.

Die dynamische Vorsteuerung im Sinne der Anmeldung dient insbesondere dazu, das Streckenmodell auf den zu erreichenden Soll-Wert der Regelgröße schnell und zeitlich abgestimmt bzw. koordiniert zu regeln. Das heißt im mathematischen Sinne, dass: ( zu erreichender Soll Wert der Regelgröße ) ( Regelgröße des Streckenmodells ) 0

Figure DE102019134917A1_0001
The dynamic pre-control in the sense of the registration serves in particular to regulate the system model to the target value of the controlled variable to be achieved quickly and in a timed or coordinated manner. In a mathematical sense, this means that: ( target to be achieved - Value of the controlled variable ) - ( Controlled variable of the plant model ) 0
Figure DE102019134917A1_0001

Die Feedback-Steuerung hingegen ist dazu vorgesehen, den (gemessenen) Ist-Wert der Regelgröße an die Regelgröße des Streckenmodells anzupassen, das heißt: ( Regelgröße des Streckenmodells ) ( Ist Wert der Regelgröße ) 0

Figure DE102019134917A1_0002
The feedback control, on the other hand, is intended to adapt the (measured) actual value of the controlled variable to the controlled variable of the system model, i.e.: ( Controlled variable of the plant model ) - ( Is - Value of the controlled variable ) 0
Figure DE102019134917A1_0002

Darüber hinaus korrigiert die Feedback-Steuerung Abweichungen des stationären Zustands, insbesondere des Streckenmodells.In addition, the feedback control corrects deviations in the steady state, in particular in the route model.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das Vorsteuersignal der Stellgrö-ße, insbesondere das statische Vorsteuersignal, abhängig von einer oder mehreren Störgrößen. Störgrößen sind wie im Stand der Technik zu verstehen, nämlich dass sie die Regelung des Systems bzw. des Aktuators beeinflussen.According to a particularly preferred embodiment, the pilot control signal of the manipulated variable, in particular the static pilot control signal, is dependent on one or more disturbance variables. Disturbance variables are to be understood as in the prior art, namely that they influence the regulation of the system or of the actuator.

Abhängig von der oder den Störgrößen sind natürlich andere Vorsteuerungssignale notwendig, da nicht nur die Regelgröße zu verändern ist, sondern auch der Einfluss der Störgrößen zu überwinden ist.Depending on the disturbance variable or variables, other feedforward control signals are of course necessary, since not only must the controlled variable be changed, but the influence of the disturbance variables must also be overcome.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das Rückführen des Vorsteuersignals das Bilden eines Differenzwerts zwischen dem kombinierten Steuersignal und dem Feedback-Signal.According to a further preferred embodiment, the feeding back of the pilot control signal comprises the formation of a difference value between the combined control signal and the feedback signal.

Das heißt, dass das kombinierte Steuersignal der Stellgröße, durch welches die Regelstrecke bzw. der Aktuator angesteuert wird, zunächst rückgeführt wird, jedoch lediglich das Vorsteuersignal durch eben die beschriebene Differenzwertbildung an das Streckenmodell rückgeführt wird. Dies ist vorteilhaft, da eben erfindungsgemäß lediglich die Regelgröße des Streckenmodells notwendig ist, um die Vorsteuerung des Aktuators zu optimieren. Darüber hinaus kann auch ein Aufaddieren des Systems verhindert werden, da das Feedback-Steuersignal nicht mittels der Vorsteuerung wieder zur Feedback-Steuerung herangezogen wird, insbesondere wird durch die Subtraktion des Feedback-Signals der Integralanteil des Feedback-Signals angepasst, so dass eine weitergehende Integration des Integralanteils vermieden werden kann, wenn die Stellgröße begrenzt ist. Dies kann auch als „Anti-windup“ bezeichnet sein.This means that the combined control signal of the manipulated variable, by which the controlled system or the actuator is controlled, is initially fed back, but only the pilot control signal is fed back to the system model through the just described difference value formation. This is advantageous because, according to the invention, only the controlled variable of the system model is necessary in order to optimize the precontrol of the actuator. In addition, the system can also be prevented from adding up, since the feedback control signal is not used again for feedback control by means of the feedforward control; in particular, the integral component of the feedback signal is adapted by subtracting the feedback signal, so that further integration of the integral component can be avoided if the manipulated variable is limited. This can also be referred to as "anti-windup".

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird das kombinierte Steuersignal mit einem begrenzten kombinierten Steuersignal verglichen, wobei bei einem Überschreiten des begrenzten kombinierten Steuersignals das kombinierte Steuersignal verringert wird, so dass das kombinierte Steuersignal das begrenzte kombinierte Steuersignal nicht mehr überschreitet und höchstens einen vorbestimmten Anteil des Werts des begrenzten kombinierten Steuersignals aufweist.According to a further preferred embodiment, the combined control signal is compared with a limited combined control signal, the combined control signal being reduced when the limited combined control signal is exceeded so that the combined control signal no longer exceeds the limited combined control signal and does not exceed a predetermined proportion of the value of the has limited combined control signal.

Dies ist dahingehend vorteilhaft, da durch das Bestimmen und Setzen des zu erreichenden Soll-Werts eine Stellgröße notwendig sein könnte, welche die Regelstrecke nicht handhaben könnte oder nicht bereitgestellt werden kann, und die Regelstrecke möglicherweise beschädigen könnte.This is advantageous in that by determining and setting the desired value to be achieved, a manipulated variable could be necessary which the controlled system could not handle or cannot provide, and which could possibly damage the controlled system.

Dies beschreibt also eine Limitierung des Steuersignals der Stellgröße der Regelstrecke, welches vorrangig zum Schutz der Regelstrecke dient.This describes a limitation of the control signal of the manipulated variable of the controlled system, which primarily serves to protect the controlled system.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist es denkbar, dass die dynamische Vorsteuerung in kommunikationstechnischer Verbindung mit dem Streckenmodell und/oder der statischen Vorsteuerung steht. Kommunikationstechnische Verbindung bedeutet hierbei, dass die dynamische Vorsteuerung Zugriff auf die hinterlegten Daten des Streckenmodells hat und auch Zugriff auf die Daten der Vorsteuerung hat, insbesondere auf den Wert, welcher auf den Ist-Wert der Regelgröße beaufschlagt werden soll, um bereits ein passendes dynamisches Vorsteuersignal erstellen zu können.According to a further preferred embodiment, it is conceivable that the dynamic precontrol is in communication-related connection with the system model and / or the static precontrol. Communication connection means that the dynamic pilot control has access to the stored data of the plant model and also has access to the data of the pilot control, in particular to the value that is to be applied to the actual value of the controlled variable in order to generate a suitable dynamic pilot control signal to be able to create.

Hierdurch ist es möglich und denkbar, dass durch diese Zugriffnahme die Bedingung ( zu erreichender Soll Wert der Regelgröße ) ( Regelgröße des Streckenmodells ) 0

Figure DE102019134917A1_0003
schneller erreicht werden kann, da bereits vor der Erzeugung des ersten Differenzwerts zwischen dem zu erreichenden Soll-Wert der Regelgröße und der Regelgröße des Streckenmodells eine Optimierung stattgefunden hat.As a result, it is possible and conceivable that the condition ( target to be achieved - Value of the controlled variable ) - ( Controlled variable of the plant model ) 0
Figure DE102019134917A1_0003
can be achieved more quickly, since an optimization has already taken place before the generation of the first difference value between the desired value of the controlled variable to be achieved and the controlled variable of the system model.

Weiter wird die zugrunde liegende Aufgabe gelöst von einer Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens, umfassend:

  • mindestens einen Sensor zum Messen eines Ist-Werts der Regelgröße,
  • eine Speichereinheit, in welcher das Streckenmodell hinterlegt ist,
  • eine Recheneinheit zum Erzeugen des kombinierten Steuersignal, des ersten Regeldifferenzwerts und des zweiten Differenzwerts,
  • eine Ansteuereinheit zum Ansteuern der Regelstrecke, bevorzugt umfassend den Aktuator, mittels des kombinierten Steuersignals.
Furthermore, the underlying object is achieved by a device for performing the method according to the invention, comprising:
  • at least one sensor for measuring an actual value of the controlled variable,
  • a storage unit in which the route model is stored,
  • a computing unit for generating the combined control signal, the first control difference value and the second difference value,
  • a control unit for controlling the controlled system, preferably comprising the actuator, by means of the combined control signal.

Ebenso ist es denkbar, dass für die statische Vorsteuerung eine statische Vorsteuereinheit, für die dynamische Vorsteuerung eine dynamische Vorsteuereinheit und für die Feedback-Steuerung eine Feedback-Regeleinheit vorgesehen sind, um die entsprechenden Steuersignale erzeugen zu können. Jede Einheit ist darüber hinaus mit entsprechenden Eingangskanälen und Ausgangskanälen ausgestaltet zum Empfangen und Senden von den jeweilig zugehörigen Signalen.It is also conceivable that a static pilot control unit is provided for the static pilot control, a dynamic pilot control unit for the dynamic pilot control and a feedback control unit for the feedback control in order to be able to generate the corresponding control signals. Each unit is also designed with corresponding input channels and output channels for receiving and transmitting the respective associated signals.

Ebenso ist es denkbar, dass die Ansteuereinheit die Limitierung des kombinierten Steuersignals vornimmt.It is also conceivable that the control unit limits the combined control signal.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.Further advantageous embodiments emerge from the subclaims.

Weitere Ziele, Vorteile und Zweckmäßigkeiten der vorliegenden Erfindung sind der nachfolgenden von der Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung zu entnehmen. Hierbei zeigen:

  • 1 Verfahren gemäß Stand der Technik;
  • 2A, 2B Verlauf Regelgrößen und Stellgrößen gemäß Verfahren nach 1;
  • 3 Verfahren gemäß einer bevorzugten Ausführungsform;
  • 4A Verfahren gemäß einer weitergehenden Ausführungsform;
  • 4B Verfahren gemäß einer weitergehenden Ausführungsform;
  • 5A, 5B Verlauf Regelgrößen und Stellgrößen gemäß Verfahren nach 4A oder 4B;
  • 6 Verlauf der Regelgrößen und Stellgrößen eines erfindungsgemäßen Verfahrens im Vergleich mit dem Stand der Technik;
  • 7 Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach 3, 4A und 4B.
Further objects, advantages and expediencies of the present invention can be taken from the following description in conjunction with the drawing. Here show:
  • 1 Prior art method;
  • 2A , 2 B Course of controlled variables and manipulated variables according to the procedure 1 ;
  • 3 Method according to a preferred embodiment;
  • 4A Method according to a further embodiment;
  • 4B Method according to a further embodiment;
  • 5A , 5B Course of controlled variables and manipulated variables according to the procedure 4A or 4B ;
  • 6th Course of the controlled variables and manipulated variables of a method according to the invention in comparison with the prior art;
  • 7th Device for performing the method according to 3 , 4A and 4B .

In den Figuren wurden die regelungstechnischen Abkürzungen verwendet, nämlich:

d
Störgröße
y
Regelgröße
u
Stellgröße
e
Regeldifferenz bzw. Differenzwert
Control-related abbreviations were used in the figures, namely:
d
Disturbance
y
Controlled variable
u
Manipulated variable
e
Control difference or difference value

Ebenso wurden Bezugszeichen für die jeweiligen Teile der Figuren vergeben, so dass manche Teile sowohl eine Abkürzung im obigen Sinne aufweisen als auch ein Bezugszeichen.Reference numbers have also been assigned to the respective parts of the figures, so that some parts have both an abbreviation in the above sense and a reference number.

In der 1 ist eine Übersicht über den Stand der Technik angegeben, wobei die relevanten Strukturen und Verfahrensschritte angezeigt werden.In the 1 an overview of the state of the art is given, with the relevant structures and process steps being displayed.

In der 2A ist eine Übersicht über die Regelgröße und in der 2B eine Übersicht über die Stellgröße der Regelstrecke 1 angegeben. Die Regelstrecke 1 umfasst mindestens einen Aktuator 1'.In the 2A is an overview of the controlled variable and in the 2 B an overview of the manipulated variable of the controlled system 1 specified. The controlled system 1 includes at least one actuator 1' .

Wie in der 1 zu erkennen ist, wird zunächst ein zu erreichender Soll-Wert ySp; 12 der Regelgröße bestimmt und gesetzt, welcher erreicht werden soll. Um den zu erreichenden Soll-Wert ySp; 12 zu erreichen, wird der Soll-Wert ySp; 12 an eine statische Vorsteuereinheit 2 übermittelt, mittels welcher unter Berücksichtigung von Störgrößen d; 13 ein statisches Vorsteuersignal uSFf; 8 der Stellgröße des Aktuators 1 erzeugt wird.Like in the 1 can be seen, a target value to be achieved y Sp ; 12th the controlled variable determines and sets which one is to be achieved. In order to achieve the target value y Sp ; 12th to achieve, the target value y Sp ; 12th to a static pilot control unit 2 transmitted, by means of which, taking into account disturbance variables d; 13th a static pilot control signal uSFf; 8th the manipulated variable of the actuator 1 is produced.

Das statische Vorsteuersignal uSFf; 8 wird mit einem Feedback-Regelsignal uFb; 10 kombiniert zu einem kombinierten Steuersignal u; 11, mittels welchem die Regelstrecke 1 bzw. der Aktuator 1', insbesondere mittels einer Ansteuereinheit 15, angesteuert wird.The static pre-control signal uSFf; 8th is with a feedback control signal uFb; 10 combined into a combined control signal u; 11 , by means of which the controlled system 1 or the actuator 1' , in particular by means of a control unit 15th , is controlled.

Mittels einer Messeinrichtung 16 umfassend mindestens einen Sensor 17 wird der Ist-Wert y; 18 der Regelgröße gemessen und zwischen dem zu erreichenden Soll-Wert ySp; 12 und dem Ist-Wert y; 18 ein Differenzwert im Stand der Technik gebildet und an eine Feedback-Regeleinheit 3, welche das Feedback-Regelsignal uFb; 10 erzeugt, zurückgegeben.By means of a measuring device 16 comprising at least one sensor 17th becomes the actual value y; 18th the controlled variable measured and between the target value to be achieved y Sp ; 12th and the actual value y; 18th a difference value is formed in the prior art and sent to a feedback control unit 3 which the feedback control signal uFb; 10 generated, returned.

Durch die Bildung des Differenzwerts e; 14 im Stand der Technik wird die Abweichung des Ist-Werts y; 18 zu dem zu erreichenden Soll-Wert ySp; 12 dargestellt. Durch eine entsprechende Anpassung des Feedback-Steuersignals uFb; 10 mittels der Feedback-Regeleinheit 3 kann diese Abweichung zwischen Ist-Wert y; 18 und Soll-Wert ySp; 12 ausgeglichen werden.By forming the difference value e; 14th in the prior art, the deviation of the actual value y; 18th to the target value to be achieved y Sp ; 12th shown. By adapting the feedback Control signal uFb; 10 by means of the feedback control unit 3 can this difference between the actual value y; 18th and target value y Sp ; 12th be balanced.

In der 2A ist die Entwicklung der Regelgröße dargestellt, wobei ySp; 12 den Soll-Wert der Regelgröße darstellt. Die Kurve ySFf stellt die Kurve dar, wie die Regelgröße sich verändert, wenn nur eine statische Vorsteuerung durchgeführt wird. Die Kurve yFb stellt dar, wie die Regelgröße sich verändert, wenn nur eine Feedback-Regelung durchgeführt wird. Kurve y ist die Kurve der gemessenen Regelgröße.In the 2A the development of the controlled variable is shown, where y Sp ; 12th represents the target value of the controlled variable. The curve ySFf represents the curve of how the controlled variable changes if only a static feedforward control is carried out. The curve yFb shows how the controlled variable changes if only feedback control is carried out. Curve y is the curve of the measured controlled variable.

Im Vergleich dazu zeigt die 2B die Kurve der Stellgröße des Aktuators 1', wobei die Kurve uSFf die Kurve der statischen Vorsteuerung darstellt, wenn nur eine statische Vorsteuerung durchgeführt wird. Die Kurve u zeigt die gesamte Stellgröße im Lauf der Zeit. Wie zu erkennen ist, ist ein überproportionaler Anstieg beim Setzen des Soll-Werts der Regelgröße zu erkennen. Solche Anstiege sollten nach Möglichkeit vermieden werden.In comparison, the 2 B the curve of the manipulated variable of the actuator 1' , the curve uSFf representing the curve of the static feedforward control if only a static feedforward control is carried out. The curve u shows the entire manipulated variable over time. As can be seen, a disproportionate increase can be seen when setting the target value of the controlled variable. Such increases should be avoided if possible.

Die 3 zeigt ein erfindungsgemäßes Verfahren gemäß einer bevorzugten Ausführungsform.The 3 shows a method according to the invention in accordance with a preferred embodiment.

Das dargestellte Verfahren zur Verbesserung der Ansteuerung eines Aktuators 1, um eine dem Aktuator zugehörige Regelgröße y zu verändern, umfasst die Verfahrensschritte:

  1. a) Bestimmen und Setzen eines zu erreichenden Soll-Werts ySp; 12 der Regelgröße des Aktuators 1';
  2. b) Bestimmen einer Vorsteuerung des Aktuators 1' mittels eines Vorsteuersignals uFf: 19 einer Stellgröße bestehend aus einer statischen Vorsteuerung der Stellgröße mittels eines statischen Vorsteuersignals uSFf; 8 und einer dynamischen Vorsteuerung der Stellgröße mittels eines dynamischen Vorsteuersignals uDFf; 9, sowie einer Feedback-Regelung des Aktuators 1' mittels eines Feedback-Signals uFb; 10 der Stellgröße;
  3. c) Erzeugen eines kombinierten Steuersignals u; 11 durch Kombinieren des Vorsteuersignals uFf; 19 der Stellgröße und des Feedback-Signals uFb; 10 der Stellgröße und Ansteuern des Aktuators 1' mittels des kombinierten Steuersignals u; 11;
  4. d) Messen des Ist-Werts y; 18 der Regelgröße des Aktuators 1' nach Ansteuerung des Aktuators 1 mittels des kombinierten Steuersignals u; 11;
  5. e) Rückführen des Vorsteuersignals uFf; 19 in ein Streckenmodell 5 und Erzeugen einer Regelgröße yFf; 21 des Streckenmodells 5 und Bilden eines ersten Differenzwerts eFf; 6 zwischen dem zu erreichenden Soll-Wert ySp; 12 der Regelgröße und der Regelgröße yFf; 21 des Streckenmodells 5 und Rückführen des ersten Differenzwerts eFf; 6 in die dynamische Vorsteuerung 4 der Regelgröße, und Bilden eines zweiten Differenzwerts e; 7 zwischen der Regelgröße yFf; 21 des Streckenmodells 5 und dem Ist-Wert y; 18 der Regelgröße nach Ansteuerung und Rückführen des zweiten Differenzwerts e; 7 in die Feedback-Steuerung 3 der Stellgröße.
The method shown for improving the control of an actuator 1 In order to change a controlled variable y belonging to the actuator, the process steps include:
  1. a) determining and setting a target value y Sp to be achieved ; 12th the controlled variable of the actuator 1' ;
  2. b) Determining a pilot control of the actuator 1' by means of a pre-control signal uFf: 19th a manipulated variable consisting of a static precontrol of the manipulated variable by means of a static precontrol signal uSFf; 8th and dynamic precontrol of the manipulated variable by means of a dynamic precontrol signal uDFf; 9, as well as a feedback control of the actuator 1' by means of a feedback signal uFb; 10 the manipulated variable;
  3. c) generating a combined control signal u; 11 by combining the pilot control signal uFf; 19th the manipulated variable and the feedback signal uFb; 10 the manipulated variable and control of the actuator 1' by means of the combined control signal u; 11 ;
  4. d) measuring the actual value y; 18th the controlled variable of the actuator 1' after activation of the actuator 1 by means of the combined control signal u; 11 ;
  5. e) feeding back the pilot control signal uFf; 19th into a plant model 5 and generating a controlled variable yFf; 21 of the route model 5 and forming a first difference value eFf; 6th between the target value to be achieved y Sp ; 12th the controlled variable and the controlled variable yFf; 21 of the route model 5 and feeding back the first difference value eFf; 6th into the dynamic feedforward control 4th the controlled variable, and forming a second difference value e; 7th between the controlled variable yFf; 21 of the route model 5 and the actual value y; 18th the controlled variable after activation and feedback of the second difference value e; 7th into the feedback control 3 the manipulated variable.

Die dargestellten Pfeile zeigen hierbei den Verlauf, wobei das Setzen des Soll-Werts der Ausgangspunkt des Verfahrens ist.The arrows shown here show the course, with the setting of the target value being the starting point of the method.

Nachdem der Soll-Wert ySp; 12 der Regelgröße bekannt ist, wird eine Vorsteuerung, auch als Feedforward-Steuerung bekannt, des Aktuators 1' durchgeführt. Die Vorsteuerung umfasst erfindungsgemäß eine statische Vorsteuerung 2 der Stellgröße des Aktuators 1' und eine dynamische Vorsteuerung 3 der Stellgröße des Aktuators 1' und wiederum eine Feedback-Regelung der Stellgröße des Aktuators 1'. Die Stellgröße des Aktuators 1' ist die Größe, mittels welcher der Aktuator 1' angesteuert wird, um die Regelgröße zu verändern. Dies heißt, dass eine Bestimmung einer Vorsteuerung des Aktuators 1' mittels eines Vorsteuersignals uFf; 19 einer Stellgröße durchgeführt wird, wobei die Vorsteuerung aus einer statischen Vorsteuerung der Stellgröße mittels eines statischen Vorsteuersignals und einer dynamischen Vorsteuerung der Stellgröße mittels eines dynamischen Vorsteuersignals, sowie einer Feedback-Regelung des Aktuators 1' mittels eines Feedback-Signals der Stellgröße, besteht.After the target value y Sp ; 12th the controlled variable is known, a pre-control, also known as feedforward control, of the actuator 1' carried out. According to the invention, the pilot control comprises a static pilot control 2 the manipulated variable of the actuator 1' and a dynamic feedforward control 3 the manipulated variable of the actuator 1' and again a feedback control of the manipulated variable of the actuator 1' . The manipulated variable of the actuator 1' is the size by which the actuator 1' is controlled in order to change the controlled variable. This means that a determination of a precontrol of the actuator 1' by means of a pilot control signal uFf; 19th a manipulated variable is carried out, the pre-control from a static pilot control of the manipulated variable by means of a static pilot control signal and a dynamic pilot control of the manipulated variable by means of a dynamic pilot control signal, as well as a feedback control of the actuator 1' by means of a feedback signal of the manipulated variable.

Nachdem diese Vorsteuerungen und die Feedback-Regelung bestimmt worden sind, werden diese miteinander kombiniert zu einem kombinierten Steuersignal u; 11, mittels welchem der Aktuator 1' angesteuert wird.After these pre-controls and the feedback control have been determined, they are combined with one another to form a combined control signal u; 11 , by means of which the actuator 1' is controlled.

Anschließend, nachdem der Aktuator 1' angesteuert worden ist, wird ein Ist-Wert y; 18 der Regelgröße ermittelt.Then after the actuator 1' has been activated, an actual value y; 18th determined by the controlled variable.

Anschließend wird das Vorsteuersignal uFf; 19 in das Streckenmodell 5 rückgeführt und eine Regelgröße yFf; 21 des Streckenmodells 5 erzeugt und ein erster Differenzwert eFf; 6 zwischen dem zu erreichenden Soll-Wert ySp; 12 der Regelgröße und der Regelgröße yFf; 21 des Streckenmodells 5 und Rückführen des ersten Differenzwerts eFf; 6 in die dynamische Vorsteuerung 4 der Stellgröße, und Bilden eines zweiten Differenzwerts e; 7 zwischen der Regelgröße des Streckenmodells 5 und dem Ist-Wert y; 18 der Regelgröße nach Ansteuerung und Rückführen des zweiten Differenzwerts e; 7 in die Feedback-Regelung 4 der Stellgröße.Then the pilot control signal uFf; 19th into the plant model 5 fed back and a controlled variable yFf; 21 of the route model 5 generated and a first difference value eFf; 6th between the target value to be achieved y Sp ; 12th the controlled variable and the controlled variable yFf; 21 of the route model 5 and feeding back the first difference value eFf; 6th into the dynamic feedforward control 4th the manipulated variable, and forming a second difference value e; 7th between the controlled variable of the plant model 5 and the actual value y; 18th the controlled variable after activation and feedback of the second difference value e; 7th into the feedback scheme 4th the manipulated variable.

Die Regelgröße des Streckenmodells ist dabei erfindungsgemäß lediglich abhängig von dem Vorsteuersignal, das heißt der statischen und der dynamischen Vorsteuerung der Stellgröße.According to the invention, the controlled variable of the system model is only dependent on the pilot control signal, that is, the static and dynamic pilot control of the manipulated variable.

Ebenso ist erkennbar, dass die Steuerung, insbesondere die Vorsteuerung, sowie die Regelstrecke 1 abhängig von Störgrößen d; 13 sind, wobei es sich hier um bekannte und unbekannte Störgrößen handeln kann. Auch das Streckenmodell 5 ist abhängig von den Störgrößen 13.It can also be seen that the control, in particular the precontrol, and the controlled system 1 depending on disturbance variables d; 13th are, which can be known and unknown disturbance variables. Also the route model 5 depends on the disturbance variables 13th .

Weiter ist zu erkennen, dass Streckenmodell 5 in signaltechnischer Verbindung mit der dynamischen Regelung des Streckenmodells 5' steht, das heißt, dass das die dynamische Regelung auf Daten des Streckenmodells 5 zugreifen kann.It can also be seen that the plant model 5 in signaling connection with the dynamic control of the plant model 5 ' that means that the dynamic control is based on data from the plant model 5 can access.

In der 4A bzw. der 4B ist eine weitergehende Ausführungsform basierend auf der Ausführungsform gemäß 3 dargestellt, wobei die weitere Ausgestaltung nachfolgen näher beschrieben ist.In the 4A or the 4B FIG. 13 is a further embodiment based on the embodiment according to FIG 3 shown, the further embodiment being described in more detail below.

Weiter wird das kombinierte Steuersignal u; 11 mit einem begrenzten kombinierten Steuersignal verglichen, wobei bei einem Überschreiten des begrenzten kombinierten Steuersignals das kombinierte Steuersignal u; 11 verringert wird, so dass das kombinierte Steuersignal das begrenzte kombinierte Steuersignal nicht mehr überschreitet und höchstens einen vorbestimmten Anteil des Werts des begrenzten kombinierten Steuersignals aufweist. Dieses wird dann mit uLim; 20 bezeichnet. Dies hat den Vorteil, dass wenn das kombiniert Steuersignal u; 11 derart dimensioniert wäre, dass die Regelstrecke 1 bzw. der Aktuator 1' dieses kombinierte Signal u; 11 nicht verarbeiten könnte, so wird das kombinierte Steuersignal u; 11 begrenzt und als ein begrenztes kombiniertes Steuersignal uLim; 20 weitergeführt.Next, the combined control signal u; 11 compared with a limited combined control signal, wherein when the limited combined control signal is exceeded, the combined control signal u; 11 is reduced so that the combined control signal no longer exceeds the limited combined control signal and has at most a predetermined proportion of the value of the limited combined control signal. This is then called uLim; 20th designated. This has the advantage that when the combined control signal u; 11 would be dimensioned in such a way that the controlled system 1 or the actuator 1' this combined signal u; 11 could not process, the combined control signal u; 11 limited and as a limited combined control signal uLim; 20th continued.

Die Schaltung der 4B unterscheidet sich zwar von der Schaltung der 4A, aber dient dem gleichen Zweck und arbeitet identisch zu der Schaltung der 4A.The circuit of the 4B differs from the circuit of the 4A , but serves the same purpose and works identically to the circuit of the 4A .

Die 5A und 5B zeigen in analoger Weise zu den 2A und 2B die Kurven der Regelgrößen und der Stellgrößen.The 5A and 5B show in a manner analogous to the 2A and 2 B the curves of the controlled variables and the manipulated variables.

5A zeigt die verschiedenen Kurven der Regelgröße, 5B die Kurven der Stellgröße des Aktuators 1'. 5A shows the different curves of the controlled variable, 5B the curves of the manipulated variable of the actuator 1' .

Wie gut zu erkennen ist, ist die Differenz zwischen dem Wert der Regelgröße yFf; 21 und dem Ist-Wert y; 18 bereits sehr gering, das heißt, eine Anpassung der Regelgröße mittels der Feedback-Regelung ist bereits sehr gut durchgeführt. Dies kann auch gut aus der 4B erkannt werden, da die Kurve uFb; 10 lediglich kleine Wertänderungen aufweist.As can be clearly seen, the difference between the value of the controlled variable yFf; 21 and the actual value y; 18th already very low, that is, an adaptation of the controlled variable by means of the feedback control has already been carried out very well. This can also be good from the 4B can be recognized because the curve uFb; 10 shows only small changes in value.

Weiter in der 5B ist zu erkennen, dass die Kurve uLim; 20 einen Begrenzwert überschreiten würde und daher limitiert wird, dargestellt durch ein Plateau der Kurve. Eine Limitierung wurde hier erforderlich, da eine Stellgrößenanforderung an den Aktuator 1 übermittelt worden wäre, welche dieser nicht innerhalb der normalen Parameter verarbeiten hätte können.Next in the 5B it can be seen that the curve uLim; 20th would exceed a limit value and is therefore limited, represented by a plateau of the curve. A limitation was necessary here because a manipulated variable requirement was placed on the actuator 1 which it would not have been able to process within the normal parameters.

In der 6 ist nochmals dargestellt, wie der Verlauf der Ist-Größe y; 18 der Regelstrecke 1 verläuft, in Abhängigkeit der Zeit. Dabei sind die verschiedenen Teile, statisches Vorsteuern, dynamisches Vorsteuern und Feedback-Regelung, jeweils als Graph dargestellt. Wie zu erkennen ist, ist lediglich die Kombination statisches Vorsteuern, dynamisches Vorsteuern und Feedback-Regelung hinreichend schnell und diejenige Kombination, die den Soll-Wert der Regelgröße erreichen kann in dem jeweiligen Zeitfenster.In the 6th is shown again how the course of the actual variable y; 18th the controlled system 1 runs, depending on the time. The different parts, static pilot control, dynamic pilot control and feedback control, are each shown as a graph. As can be seen, only the combination of static feedforward control, dynamic feedforward control and feedback control is sufficiently fast and that combination which can achieve the setpoint value of the controlled variable in the respective time window.

Die 7 ist eine Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform zum Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt, wobei die Vorrichtung umfasst:

  • eine Messeinrichtung 16 mit mindestens einem Sensor 17 zum Messen eines Ist-Werts einer Regelgröße,
  • eine Speichereinheit 23, in welcher das Streckenmodell hinterlegt ist,
  • eine Recheneinheit 22 zum Erzeugen des kombinierten Steuersignal, des ersten Differenzwerts und des zweiten Differenzwerts,
  • eine Ansteuereinheit 15 zum Ansteuern eines Aktuators 1' der Vorrichtung mittels des kombinierten Steuersignals,
  • eine statische Vorsteuereinheit 2,
  • eine dynamische Vorsteuereinheit 4,
  • eine Feedback-Regeleinheit 3, und
  • eine Regelstrecke 1, bevorzugt umfassend einen Aktuator 1.
The 7th a device according to an embodiment for performing a method according to the invention is shown, the device comprising:
  • a measuring device 16 with at least one sensor 17th for measuring an actual value of a controlled variable,
  • a storage unit 23 in which the plant model is stored,
  • an arithmetic unit 22nd for generating the combined control signal, the first difference value and the second difference value,
  • a control unit 15th to control an actuator 1' the device by means of the combined control signal,
  • a static pilot control unit 2 ,
  • a dynamic pilot control unit 4th ,
  • a feedback control unit 3 , and
  • a controlled system 1 , preferably comprising an actuator 1 .

Die Beziehungen der jeweiligen Elemente sind in der 5 dargestellt und beziehen sich auf eine Kommunikation zwischen diesen Elementen, dargestellt durch gestrichelte Linien. The relationships of the respective elements are in the 5 and relate to communication between these elements, shown by dashed lines.

Sämtliche in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale werden als erfindungswesentlich beansprucht, sofern sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.All features disclosed in the application documents are claimed as essential to the invention, provided that they are new to the state of the art, individually or in combination.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
RegelstreckeControlled system
1'1'
AktuatorActuator
22
statische Vorsteuerungseinheitstatic pilot control unit
33
Feedback-RegeleinheitFeedback control unit
44th
dynamische Vorsteuereinheitdynamic pilot control unit
55
StreckenmodellPlant model
5'5 '
dynamische Regeleinheit des Streckenmodellsdynamic control unit of the plant model
66th
erster Differenzwertfirst difference value
77th
zweiter Differenzwertsecond difference value
88th
statisches Vorsteuersignalstatic pilot signal
99
dynamisches Vorsteuersignaldynamic pre-control signal
1010
Feedback-SteuersignalFeedback control signal
1111
kombiniertes Steuersignalcombined control signal
1212th
zu erreichender Soll-Wert der RegelgrößeTarget value to be achieved for the controlled variable
1313th
StörgrößeDisturbance
1414th
Regeldifferenzwert im Stand der TechnikSystem deviation value in the prior art
1515th
AnsteuereinheitControl unit
1616
MesseinheitMeasuring unit
1717th
Sensorsensor
1818th
Ist-Wert der RegelgrößeActual value of the controlled variable
1919th
VorsteuersignalPilot signal
2020th
begrenztes kombiniertes Steuersignallimited combined control signal
2121
Regelgröße des StreckenmodellsControlled variable of the plant model
2222nd
RecheneinheitArithmetic unit
2323
SpeichereinheitStorage unit

Claims (5)

Verfahren zur Verbesserung der Ansteuerung einer Regelstrecke (1) mit mindestens einem Aktuator (2), um eine dem Aktuator (2) zugehörige Regelgröße zu verändern, umfassend die Verfahrensschritte: a) Bestimmen und Setzen eines zu erreichenden Soll-Werts (12) einer Regelgröße des Aktuators (2); b) Bestimmen einer Vorsteuerung einer Stellgröße des Aktuators (2) mittels eines Vorsteuersignals (19) einer Stellgröße bestehend aus einer statischen Vorsteuerung der Stellgröße mittels eines statischen Vorsteuersignals (8) und einer dynamischen Vorsteuerung der Stellgröße mittels eines dynamischen Vorsteuersignals (9), sowie einer Feedback-Steuerung des Aktuators(2) mittels eines Feedback-Signals (10) der Stellgröße; c) Erzeugen eines kombinierten Steuersignals (11) durch Kombinieren des Vorsteuersignals (19) der Stellgröße und des Feedback-Signals der Stellgröße und Ansteuern des Aktuators (2) mittels des kombinierten Steuersignals (11); d) Messen des Ist-Werts der Regelgröße (18) des Aktuators (2) nach Ansteuerung des Aktuators (2) mittels des kombinierten Steuersignals (11); e) Rückführen des Vorsteuersignals (19) in ein Streckenmodell (5) und Erzeugen einer Regelgröße (21) des Streckenmodells (5) und Bilden eines ersten Regeldifferenzwerts zwischen dem zu erreichenden Soll-Wert (12) der Regelgröße und der Regelgröße (21) des Streckenmodells (5) und Rückführen des ersten Regeldifferenzwerts in die dynamische Vorsteuerung der Stellgröße, und Bilden eines zweiten Regeldifferenzwerts zwischen der Regelgröße (21) des Streckenmodells (5) und dem Ist-Wert der Regelgröße (18) nach Ansteuerung und Rückführen des zweiten Regeldifferenzwerts in die Feedback-Steuerung der Stellgröße.Method for improving the control of a controlled system (1) with at least one actuator (2) in order to change a controlled variable belonging to the actuator (2), comprising the method steps: a) determining and setting a target value (12) to be achieved of a controlled variable of the actuator (2); b) determining a precontrol of a manipulated variable of the actuator (2) by means of a precontrol signal (19) of a manipulated variable consisting of a static precontrol of the manipulated variable using a static precontrol signal (8) and a dynamic precontrol of the manipulated variable using a dynamic precontrol signal (9), as well as a Feedback control of the actuator (2) by means of a feedback signal (10) of the manipulated variable; c) generating a combined control signal (11) by combining the pilot signal (19) of the manipulated variable and the feedback signal of the manipulated variable and controlling the actuator (2) by means of the combined control signal (11); d) measuring the actual value of the controlled variable (18) of the actuator (2) after activation of the actuator (2) by means of the combined control signal (11); e) Feeding the pilot control signal (19) back into a system model (5) and generating a controlled variable (21) of the system model (5) and forming a first control difference value between the target value (12) to be achieved of the controlled variable and the controlled variable (21) of the Plant model (5) and feeding back the first control difference value into the dynamic precontrol of the manipulated variable, and forming a second control difference value between the controlled variable (21) of the plant model (5) and the actual value of the controlled variable (18) after the control and feeding back of the second control difference value in the feedback control of the manipulated variable. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass, das Vorsteuersignal (19) der Stellgröße abhängig ist von einer oder mehreren Störgrößen (13).Procedure according to Claim 1 , characterized in that the pilot signal (19) of the manipulated variable is dependent on one or more disturbance variables (13). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass, das kombinierte Steuersignal (11) mit einem begrenzten kombinierten Steuersignal (20) verglichen wird, wobei bei einem Überschreiten des begrenzten kombinierten Steuersignals (20) das kombinierte Steuersignal (11) verringert wird, so dass das kombinierte Steuersignal (11) das begrenzte kombinierte Steuersignal (20) nicht mehr überschreitet und höchstens einen vorbestimmten Anteil des Werts des begrenzten kombinierten Steuersignals (20) aufweist.Method according to one of the Claims 1 to 2 , characterized in that the combined control signal (11) is compared with a limited combined control signal (20), the combined control signal (11) being reduced if the limited combined control signal (20) is exceeded, so that the combined control signal (11 ) no longer exceeds the limited combined control signal (20) and has at most a predetermined proportion of the value of the limited combined control signal (20). Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass, das Rückführen des Vorsteuersignals das Bilden eines Differenzwerts zwischen dem kombinierten Steuersignal und dem Feedback-Signal umfasst.Procedure according to Claim 3 , characterized in that the feeding back of the precontrol signal comprises the formation of a difference value between the combined control signal and the feedback signal. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, umfassend: mindestens einen Aktuator (2); mindestens einen Sensor (17) zum Messen eines Ist-Werts einer Regelgröße (18), eine Speichereinheit, in welcher das Streckenmodell (5) hinterlegt ist, eine Recheneinheit (22) zum Erzeugen des kombinierten Steuersignal (11), des ersten Regeldifferenzwerts (6) und des zweiten Regeldifferenzwerts (7), eine Ansteuereinheit (15) zum Ansteuern des Aktuators (2) der Vorrichtung mittels des kombinierten Steuersignals (11).Device for performing the method according to one of the Claims 1 to 4th , comprising: at least one actuator (2); at least one sensor (17) for measuring an actual value of a controlled variable (18), a storage unit in which the system model (5) is stored, a computing unit (22) for generating the combined control signal (11), the first control difference value (6 ) and the second control difference value (7), a control unit (15) for controlling the actuator (2) of the device by means of the combined control signal (11).
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US6381504B1 (en) * 1996-05-06 2002-04-30 Pavilion Technologies, Inc. Method for optimizing a plant with multiple inputs
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