DE102020116218A1 - Method and device for operating a technical system - Google Patents

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DE102020116218A1 DE102020116218.9A DE102020116218A DE102020116218A1 DE 102020116218 A1 DE102020116218 A1 DE 102020116218A1 DE 102020116218 A DE102020116218 A DE 102020116218A DE 102020116218 A1 DE102020116218 A1 DE 102020116218A1
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    • G05B11/01Automatic controllers electric
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    • GPHYSICS
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Abstract

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur approximativen Lösung eines instantanen Regelungsproblems bereitgestellt. Die prinzipielle Vorgehensweise basiert dabei darauf, ein momentenerzeugendes und/oder kumulantenerzeugendes Funktional zu formulieren, welches in eine Potenzreihe definierter Ordnung entwickelt wird. Die Vorgehensweise bei der Bestimmung der Stellgröße ist die, die jeweiligen Potenzreihen bei einer niedrigen Ordnung abzubrechen und die entstehenden Gleichungen nach der Differenz zwischen tatsächlichem Wert der Stellgröße und deren Sollwert aufzulösen. Diese Lösung kann dann jeweils zur Auswertung der Restglieder der jeweiligen Potenzreihen verwendet werden, wobei dann der Wert zur Regelung verwendet wird, der das jeweils kleinere Restglied aufweist. Der große Vorteil des erfindungsgemäßen Vorgehens besteht darin, dass vergleichsweise einfache Ausdrücke zur Regelung verwendet werden können, ohne hierbei Einbußen bei der Genauigkeit in Kauf nehmen zu müssen, d. h. erfindungsgemäß werden eine hohe Regelgüte, wie sie von numerischen Ansätzen erwartet wird, mit der Fähigkeit, diese auf eingebetteten Systemen mit geringer Rechenleistung zu implementieren, kombiniert. Erfindungsgemäß wird weiterhin ein Verfahren zur approximativen Lösung eines dynamischen Regelungsproblems bereitgestellt. Eine entsprechende Vorrichtung wird ebenfalls vorgeschlagen. Eine solche Vorrichtung ist insbesondere Bestandteil eines Fahrzeuges.According to the invention, a method for the approximate solution of an instantaneous control problem is provided. The basic procedure is based on formulating a moment-generating and / or cumulant-generating functional that is developed into a power series of a defined order. The procedure for determining the manipulated variable is to break off the respective power series at a lower order and to solve the resulting equations according to the difference between the actual value of the manipulated variable and its setpoint. This solution can then be used in each case to evaluate the remainder of the respective power series, in which case the value that has the respective smaller remainder is used for regulation. The great advantage of the procedure according to the invention is that comparatively simple expressions can be used for regulation without having to accept any loss of accuracy, i.e. H. According to the invention, a high control quality, as expected from numerical approaches, is combined with the ability to implement this on embedded systems with low computing power. According to the invention, a method for the approximate solution of a dynamic control problem is also provided. A corresponding device is also proposed. Such a device is in particular part of a vehicle.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben eines technischen Systems mit den Merkmalen gemäß den Patentansprüchen.The present invention relates to a method and a device for operating a technical system having the features according to the patent claims.

Gemäß der DE19634923A1 ist ein Verfahren zur Regelung von nichtlinearen technischen Prozessen/Systemen durch die Linearisierung mit einem Abweichungsbeobachter Stand der Technik. Dabei wird für ein zugrundeliegendes technisches System bzw. einen technischen Prozess ein Modell formuliert, welches die zu regelnde Größe mit der vorhandenen Stellgröße in Beziehung setzt.According to the DE19634923A1 is a method for the regulation of non-linear technical processes / systems by linearization with a deviation observer state of the art. A model is formulated for an underlying technical system or a technical process, which relates the variable to be controlled with the existing manipulated variable.

Problematisch ist stets die Eignung solcher Verfahren im Zusammenhang mit Regelungsproblemen bei eingebetteten Systemen, da diese Verfahren numerische Lösungen nicht erlauben und auf analytische Funktionen angewiesen sind.The suitability of such methods in connection with control problems in embedded systems is always problematic, since these methods do not allow numerical solutions and are dependent on analytical functions.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ausgehend vom Stand der Technik ein verbessertes Verfahren sowie eine zugehörige Vorrichtung zum Betreiben eines technischen Systems bereitzustellen.It is the object of the present invention, proceeding from the prior art, to provide an improved method and an associated device for operating a technical system.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren und eine Vorrichtung mit den Merkmalen gemäß den Patentansprüchen gelöst.This object is achieved by a method and a device having the features according to the patent claims.

Erfindungsgemäß wird zunächst ein Verfahren zur approximativen Lösung eines instantanen Regelungsproblems bereitgestellt. Die prinzipielle Vorgehensweise basiert dabei darauf, ein momentenerzeugendes und/oder kumulantenerzeugendes Funktional zu formulieren, welches in eine Potenzreihe definierter Ordnung entwickelt wird. Die Vorgehensweise bei der Bestimmung der Stellgröße ist die, die jeweiligen Potenzreihen bei einer niedrigen Ordnung abzubrechen und die entstehenden Gleichungen nach der Differenz zwischen tatsächlichem Wert der Stellgröße und deren Sollwert aufzulösen. Diese Lösung kann dann jeweils zur Auswertung der Restglieder der jeweiligen Potenzreihen verwendet werden, wobei dann der Wert zur Regelung verwendet wird, der das jeweils kleinere Restglied aufweist. Eine zentrale Erkenntnis hierbei ist durch den Umstand gegeben, dass eine endliche Potenzreihe eines erzeugenden Funktionals auf eine unendliche Teilsummation des jeweils anderen erzeugenden Funktionals führt und mithin über einen rein perturbativen Zugang weit hinausgeht. Der große Vorteil des erfindungsgemäßen Vorgehens besteht darin, dass vergleichsweise einfache Ausdrücke zur Regelung verwendet werden können, ohne hierbei Einbußen bei der Genauigkeit in Kauf nehmen zu müssen, d. h. erfindungsgemäß werden eine hohe Regelgüte, wie sie von numerischen Ansätzen erwartet wird, mit der Fähigkeit, diese auf eingebetteten Systemen mit geringer Rechenleistung zu implementieren, kombiniert. So genügt häufig eine lineare Approximation des kumulantenerzeugenden Funktionals, der aber umgekehrt einer unendlichen Teilreihe des momentenerzeugenden Funktionals entspräche. Letztlich müssen zur Auswertung der Potenzreihen jeweils die entsprechenden Ableitungen der Modellfunktion bekannt sein. Dies kann entweder analytisch oder auch über Kennlinien implementiert werden.According to the invention, a method for the approximate solution of an instantaneous control problem is first provided. The basic procedure is based on formulating a moment-generating and / or cumulant-generating functional that is developed into a power series of a defined order. The procedure for determining the manipulated variable is to break off the respective power series at a lower order and to solve the resulting equations according to the difference between the actual value of the manipulated variable and its setpoint. This solution can then be used in each case to evaluate the remainder of the respective power series, in which case the value that has the respective smaller remainder is used for regulation. A central finding here is given by the fact that a finite power series of a generating functional leads to an infinite partial summation of the other generating functional and therefore goes far beyond a purely perturbative approach. The great advantage of the procedure according to the invention is that comparatively simple expressions can be used for regulation without having to accept any loss of accuracy, i.e. H. According to the invention, a high control quality, as expected from numerical approaches, is combined with the ability to implement this on embedded systems with low computing power. A linear approximation of the cumulant-generating functional is often sufficient, but conversely it would correspond to an infinite sub-series of the torque-generating functional. Ultimately, the corresponding derivatives of the model function must be known to evaluate the power series. This can be implemented either analytically or using characteristics.

Zusammenfassend ist der erfindungsgemäße Ansatz insbesondere geeignet für Regelungsprobleme bei eingebetteten Systemen, die numerische Lösungen nicht erlauben und auf analytische Funktionen angewiesen sind. Erfindungsgemäß wird weiterhin ein Verfahren zur approximativen Lösung eines dynamischen Regelungsproblems bereitgestellt. Eine entsprechende Vorrichtung wird ebenfalls vorgeschlagen. Eine solche Vorrichtung ist insbesondere Bestandteil eines Fahrzeuges.In summary, the approach according to the invention is particularly suitable for control problems in embedded systems that do not allow numerical solutions and are dependent on analytical functions. According to the invention, a method for the approximate solution of a dynamic control problem is also provided. A corresponding device is also proposed. Such a device is in particular part of a vehicle.

Im weiteren Verlauf wird zunächst eine Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens am Beispiel eines instantanen (Steuerungs- und/oder) Regelungsproblems gezeigt.In the further course, an application of the method according to the invention is shown using the example of an instantaneous (control and / or) regulation problem.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann bei technischen Systemen und/oder technischen Prozessen jeglicher Art angewendet werden, also zu deren Betrieb.The method according to the invention can be used in technical systems and / or technical processes of any kind, that is to say for their operation.

Hinsichtlich der Definition des Begriffes „technisches System“ sei beispielsweise auf G. Ropohl: Allgemeine Technologie: Eine Systemtheorie der Technik. München/Wien 1979 verwiesen. Die dort genannten Merkmale, welche ein technisches System charakterisieren, seien hiermit ausdrücklich in die vorliegende Beschreibung aufgenommen. Hinsichtlich der Definition des Begriffes „technischer Prozess“ sei beispielsweise auf die DIN IEC 60050-351 verwiesen. Die dort genannten Merkmale, welche einen technischen Prozess charakterisieren, seien hiermit ausdrücklich in die vorliegende Beschreibung aufgenommen.With regard to the definition of the term “technical system”, see G. Ropohl, for example: General technology: A system theory of technology. Munich / Vienna 1979 referenced. The features mentioned there, which characterize a technical system, are hereby expressly included in the present description. With regard to the definition of the term “technical process”, refer to the DIN IEC 60050-351 referenced. The features mentioned there, which characterize a technical process, are hereby expressly included in the present description.

Da es sich bei dem zunächst betrachteten Regelungsproblem im Zusammenhang mit dem Betrieb eines technischen Systems/Prozesses um ein instantanes Regelungsproblem handelt, kann stets ein funktionaler Zusammenhang zwischen einer Stellgröße y und einer zu regelnden beziehungsweise zu steuernden Größe x gefunden werden, so dass gilt f ( x ) = Z ( y )

Figure DE102020116218A1_0001
Since the control problem initially considered in connection with the operation of a technical system / process is an instant control problem, a functional relationship between a manipulated variable y and a variable to be regulated or controlled can be found, so that applies f ( x ) = Z ( y )
Figure DE102020116218A1_0001

Hierbei wird angenommen, dass die Stellgrößenfunktion Z(y) unendlich oft differenziert werden kann. Sowohl ƒ als auch Z können von zusätzlichen anderen Größen abhängen. Eine gesonderte Notation hierfür erfolgt aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht.It is assumed here that the manipulated variable function Z (y) can be differentiated infinitely often. Both ƒ and Z can depend on additional other quantities. There is no separate notation for this for reasons of clarity.

Es handelt sich hier insofern um ein instantanes Regelungsproblem, als eine Änderung in y instantan eine Änderung in Z und mithin in ƒ und x bewirkt. Eine zeitliche Übertragung oder Laufzeiteffekte finden keine explizite Berücksichtigung. Implizit können die Größen x, y und weitere im System auftretenden Größen natürlich zeitabhängig sein. Wichtig ist in diesem Zusammenhang ausschließlich, dass die Beziehung (1) zumindest näherungsweise Gültigkeit hat.This is an instant control problem insofar as a change in y causes an instant change in Z and therefore in ƒ and x. A transfer over time or runtime effects are not explicitly taken into account. The quantities x, y and other quantities occurring in the system can of course be implicitly time-dependent. In this context, it is only important that relationship (1) is at least approximately valid.

Das instantane Regelungsproblem ist gelöst, wenn es gelingt, eine inverse Funktion Z-1 zu finden, sodass gilt y = Z 1 [ f ( x ) ] .

Figure DE102020116218A1_0002
The instantaneous control problem is solved when it is possible to find an inverse function Z -1 such that y = Z - 1 [ f ( x ) ] .
Figure DE102020116218A1_0002

In aller Regel ist eine solche inverse Funktion analytisch exakt nur in Sonderfällen ermittelbar. Aus diesem Grunde behilft man sich häufig damit, die Systemgleichungen um Betriebspunkte zu linearisieren. Solche Ansätze kommen auch bei dynamischen Regelungsansätzen zum Einsatz. Nachteilig an linearisierten Lösungen ist, dass die einzelnen Betriebspunkte dediziert ausgewertet und der verwendete Regler ausgelegt werden müssen. In vielen Fällen sind darüber hinaus die Systemgleichungen derart nichtlinear, dass eine Linearisierung nur schwer möglich ist und unter Verwendung großer Datenstrukturen (Kennfeldern), die ein hohes Maß an Speichervolumen erfordern, erfolgen muss. Aus diesem Grunde behilft man sich häufig mit nichtlinearen Lösungsmethoden zur Auffindung einer approximativen Lösung der Gestalt (2). Das erfindungsgemäße Verfahren stellt einen solchen Ansatz dar.As a rule, such an inverse function can only be determined analytically precisely in special cases. For this reason, one often makes do with linearizing the system equations around operating points. Such approaches are also used in dynamic control approaches. The disadvantage of linearized solutions is that the individual operating points must be evaluated in a dedicated manner and the controller used must be designed. In many cases, moreover, the system equations are so non-linear that linearization is only possible with difficulty and must be carried out using large data structures (characteristic maps) that require a high degree of storage volume. For this reason, non-linear solution methods are often used to find an approximate solution of the shape (2). The method according to the invention represents such an approach.

Zu einem Istwert der Stellgröße yist ergibt sich ein korrespondierender Istwert der Regelgröße xist. Weicht nun aber xist vom korrespondierenden Sollwert xsoll ab, so kann umgekehrt geschlossen werden, dass ein optimalerer Wert für die Stellgröße y gefunden werden kann, in dem Sinne, dass für diesen Wert die Differenz aus Soll- und Istwert der Regelgröße verschwindet. Dieser optimalere Wert für die Stellgröße y wird im weiteren Verlauf mit ysoll (Sollwert der Stellgröße) bezeichnet. Weiterhin wird eine Differenz zwischen dem Istwert der Stellgröße yist und dem Sollwert der Stellgröße ysoll definiert als ξ : = y soll y ist

Figure DE102020116218A1_0003
Y is an actual value to the manipulated variable to a corresponding value of the control variable x is obtained. Now giving way but x is the corresponding setpoint x to off, it can be reversed concluded that a more optimal value for the manipulated variable y can be found, in the sense that this value will disappear the difference between desired and actual values of the controlled variable. This more optimal value for the manipulated variable y is referred to in the following as y soll (setpoint of the manipulated variable). Furthermore, a difference between the actual value of the manipulated variable y ist and the setpoint of the manipulated variable y set is defined as ξ : = y should - y is
Figure DE102020116218A1_0003

Unter Zugrundelegung eines hinreichenden Konvergenzradius kann dann Z gemäß der vorliegenden Erfindung in eine Potenzreihe in ζ entwickelt werden. Zu diesem Zweck erfolgt erfindungsgemäß die Bildung des Quotienten aus der Führungsgrößenfunktion ƒ(xsoll) und der Iststellgrößenfunktion Z(yist) auf Grundlage von Gleichung (1). Demnach gilt bzw. dies liefert f ( x soll ) Z ( y ist ) = Z ( y ist + ξ ) Z ( y ist ) = : G S [ x soll ( y ist , ξ ) , y ist ]

Figure DE102020116218A1_0004
On the basis of a sufficient radius of convergence, Z can then be expanded into a power series in ζ according to the present invention. For this purpose, according to the invention, the quotient is formed from the reference variable function ƒ (x soll ) and the actual manipulated variable function Z (y ist ) on the basis of equation (1). Accordingly, applies or this delivers f ( x should ) Z ( y is ) = Z ( y is + ξ ) Z ( y is ) = : G S. [ x should ( y is , ξ ) , y is ]
Figure DE102020116218A1_0004

Praktisch wird somit die zu regelnde Größe, nämlich die Sollregelgrößenfunktion bzw. Führungsgrößenfunktion ƒ(xsoll) mit der vorhandenen Stellgröße, nämlich der Iststellgrößenfunktion Z(yist) in Beziehung gesetzt.In practice, the variable to be controlled, namely the setpoint controlled variable function or reference variable function ƒ (x soll ), is related to the existing manipulated variable, namely the actual manipulated variable function Z (y ist ).

Erfindungsgemäß wird somit die Größe GS(yist, ζ), die wir im Hinblick auf das folgende als momentenerzeugendes Funktional des instantanen Regelungsproblems bezeichnen wollen, definiert. Eine Potenzreihenentwicklung bis zur Ordnung N liefert G S [ x soll ( y ist , ξ ) y ist ] = 1 Z ( y ist ) j = 0 N d j Z ( y ist ) d y ist j ξ j j ! + 1 Z ( y ist ) d N + 1 Z ( y ist ) d y ist N + 1 ξ N + 1 ( N + 1 ) ! .

Figure DE102020116218A1_0005
According to the invention, the quantity G S (y ist , ζ), which we will refer to as the torque-generating functional of the instantaneous control problem with regard to the following, is thus defined. A power series expansion up to order N yields G S. [ x should ( y is , ξ ) y is ] = 1 Z ( y is ) j = 0 N d j Z ( y is ) d y is j ξ j j ! + 1 Z ( y is ) d N + 1 Z ( y is ) d y is N + 1 ξ N + 1 ( N + 1 ) ! .
Figure DE102020116218A1_0005

Hierin stellt der letzte Summand R G S = 1 Z ( y ist ) d N + 1 Z ( y ist ) d y ist N + 1 ξ N + 1 ( N + 1 ) !

Figure DE102020116218A1_0006
das Restglied der Potenzreihe zur entwickelten Ordnung dar. Wie zu erkennen ist, besteht eine mathematische Äquivalenz zwischen Gleichung (5) und einer momentenerzeugenden Funktion einer Wahrscheinlichkeitsverteilung, welche in den statistischen Wissenschaften häufig zum Einsatz kommt. Formal kann die Größe m j : = 1 Z ( y ist ) d j Z ( y ist ) d y ist j
Figure DE102020116218A1_0007
als j-tes Moment der Stellgrößenfunktion Z(y) bezeichnet werden.The last summand is here R. G S. = 1 Z ( y is ) d N + 1 Z ( y is ) d y is N + 1 ξ N + 1 ( N + 1 ) !
Figure DE102020116218A1_0006
represents the remainder of the power series for the developed order. As can be seen, there is a mathematical equivalence between equation (5) and a moment-generating function of a probability distribution, which is often used in statistical sciences. Formally, the size m j : = 1 Z ( y is ) d j Z ( y is ) d y is j
Figure DE102020116218A1_0007
can be referred to as the jth moment of the manipulated variable function Z (y).

Weiterhin ist es erfindungsgemäß möglich, den Quotienten aus Sollregelgrößenfunktion f(xsoll) und Istregelgrößenfunktion ƒ(xist) auf Grundlage von Gleichung (1) zu bilden G R [ x soll ( y ist , ξ ) , y ist ] : = f ( x soll ) f ( x ist ) = Z ( y ist + ξ ) f ( x ist ) .

Figure DE102020116218A1_0008
Furthermore, it is possible according to the invention, the ratio of target controlled variable function f (x soll) and Istregelgrößenfunktion ƒ (x) to form on the basis of equation (1) G R. [ x should ( y is , ξ ) , y is ] : = f ( x should ) f ( x is ) = Z ( y is + ξ ) f ( x is ) .
Figure DE102020116218A1_0008

Praktisch wird somit ebenfalls die zu regelnde Größe, nämlich die Sollregelgrößenfunktion bzw. Führungsgrößenfunktion ƒ(xsoll) mit der vorhandenen Stellgröße, nämlich der Iststellgrößenfunktion Z(yist) in Beziehung gesetzt, welche jedoch durch die Istregelgrößenfunktion ƒ(xist) repräsentiert wird. Jedenfalls steht somit das momentenerzeugende Funktional GR bereit. Analog zu Gleichung (5) ergibt sich G R [ x soll ( y ist , ξ ) , x ist ] = 1 f ( x ist ) j = 0 N d j Z ( y ist ) d y ist j ξ j j ! + 1 f ( x ist ) d N + 1 Z ( y ist ) d y ist N + 1 ξ N + 1 ( N + 1 ) ! ,

Figure DE102020116218A1_0009
wobei bei der Entwicklung der Potenzreihe Gleichung (1) verwendet wurde, so dass vermittels ƒ(xsoll) = Z(ysoll) die Stellgrößenfunktion zur Entwicklung bereitsteht. Auch in Gleichung (8) stellt der letzte Summand R G R = 1 f ( x ist ) d N + 1 Z ( y ist ) d y ist N + 1 ξ N + 1 ( N + 1 ) !
Figure DE102020116218A1_0010
das Restglied der Potenzreihe zur entwickelten Ordnung dar. D. h. erfindungsgemäß wird Gs gemäß Gleichung (5) als momentenerzeugendes Funktional in Stellgrößendarstellung und GR gemäß Gleichung (8) als momentenerzeugendes Funktional in Regelgrößendarstellung bezeichnet (daher die im Folgenden auch verwendete Formulierung „Momentenmethode“). Vom mathematischen Standpunkt sind beide Darstellungen äquivalent. Allerdings können bei Modellungenauigkeiten und Laufzeiteffekten tatsächliche relative Verschiebungen zwischen beiden Formulierungen auftreten.In practice, the variable to be controlled, namely the setpoint controlled variable function or reference variable function ƒ (x soll ), is related to the existing manipulated variable, namely the actual manipulated variable function Z (y ist ), which, however, is represented by the actual controlled variable function ƒ (x ist ). In any case, the torque-generating functional G R is ready. Analogously to equation (5) results G R. [ x should ( y is , ξ ) , x is ] = 1 f ( x is ) j = 0 N d j Z ( y is ) d y is j ξ j j ! + 1 f ( x is ) d N + 1 Z ( y is ) d y is N + 1 ξ N + 1 ( N + 1 ) ! ,
Figure DE102020116218A1_0009
where equation (1) was used when developing the power series, so that the manipulated variable function is available for development by means of ƒ (x soll ) = Z (y soll ). The last term in equation (8) also represents R. G R. = 1 f ( x is ) d N + 1 Z ( y is ) d y is N + 1 ξ N + 1 ( N + 1 ) !
Figure DE102020116218A1_0010
represents the remainder of the power series to the developed order. D. h. According to the invention, Gs according to equation (5) is referred to as the torque-generating functional in the manipulated variable representation and G R according to equation (8) as the torque-generating functional in the controlled variable representation (hence the phrase “torque method” also used below). From a mathematical point of view, both representations are equivalent. However, in the case of model inaccuracies and runtime effects, actual relative shifts between the two formulations can occur.

Zusammengefasst wird erfindungsgemäß das momentenerzeugende Funktional in Stellgrößendarstellung Gs gemäß Gleichung (4) erstellt und im weiteren Verlauf gemäß Gleichung (5) in eine Potenzreihe definierter Ordnung N entwickelt. Somit steht bei hinreichend kleinem N ein Ausdruck zur Verfügung, der es erlaubt, das momentenerzeugende Funktional in Stellgrößendarstellung nach ζ aufzulösen und somit das Regelungsproblem näherungsweise zu lösen. Die hierbei erreichte Genauigkeit hängt vom Konvergenzradius der Potenzreihe ab und kann letztlich über die Berechnung des zugehörigen Restgliedes abgeschätzt werden. Erweist sich dieses als klein gegenüber den Summengliedern der Potenzreihe, so liegt innerhalb der Methode ein verlässlicher Wert für ζ vor.In summary, according to the invention, the torque-generating functional is created in the manipulated variable representation Gs according to equation (4) and then developed into a power series of a defined order N according to equation (5). Thus, if N is sufficiently small, an expression is available that allows the torque-generating functional to be resolved in the manipulated variable representation according to ζ and thus to solve the control problem approximately. The accuracy achieved here depends on the radius of convergence of the power series and can ultimately be estimated by calculating the associated remainder term. If this turns out to be small compared to the sum terms of the power series, then within the method there is a reliable value for ζ.

Zusammengefasst wird erfindungsgemäß ebenso das momentenerzeugende Funktional in Regelgrößendarstellung GR gemäß Gleichung (7) erstellt und im weiteren Verlauf gemäß Gleichung (8) in eine Potenzreihe definierter Ordnung N entwickelt. Somit steht bei hinreichend kleinem N ein Ausdruck zur Verfügung, der es erlaubt, das momentenerzeugende Funktional in Stellgrößendarstellung nach ζ aufzulösen und somit das Regelungsproblem näherungsweise zu lösen. Die hierbei erreichte Genauigkeit hängt vom Konvergenzradius der Potenzreihe ab und kann letztlich über die Berechnung des zugehörigen Restgliedes abgeschätzt werden. Erweist sich dieses als klein gegenüber den Summengliedern der Potenzreihe, so liegt innerhalb der Methode ein verlässlicher Wert für ζ vor.In summary, according to the invention, the torque-generating functional is also created in the controlled variable representation G R according to equation (7) and then developed into a power series of defined order N according to equation (8). Thus, if N is sufficiently small, an expression is available that allows the torque-generating functional to be resolved in the manipulated variable representation according to ζ and thus to solve the control problem approximately. The accuracy achieved here depends on the radius of convergence of the power series and can ultimately be estimated by calculating the associated remainder term. If this turns out to be small compared to the sum terms of the power series, then within the method there is a reliable value for ζ.

Ist Z(y) gegeben und ƒ(x) als gemessene oder abgeleitete Größe bekannt, so besteht die Lösung des instantanen Regelungsproblems darin, eine der Gleichungen (5) oder (8) unter Vernachlässigung des Restgliedes nach ζ aufzulösen und vermittels Gleichung (3) den aktualisierten Wert für die Stellgröße zu erhalten. Prinzipiell setzt hierbei die grundsätzliche Lösbarkeit von Gleichungen bis zum vierten Grad eine Grenze, sofern Z nicht spezielle Eigenschaften aufweist.If Z (y) is given and ƒ (x) is known as a measured or derived variable, the solution of the instantaneous control problem consists in solving one of the equations (5) or (8), neglecting the remainder of the term, and using equation (3) receive the updated value for the manipulated variable. In principle, the fundamental solvability of equations up to the fourth degree sets a limit, unless Z has special properties.

Gleichwohl resultieren hierbei einerseits Lösungen für das Regelungsproblem, die einer reinen Linearisierung an Exaktheit aufgrund der höheren berücksichtigten Ordnung N überlegen sind. Andererseits kann auf eine gesonderte betriebspunktabhängige Reglerauslegung verzichtet werden, sofern nur die Stellgrößenfunktion Z bekannt ist. In vielen Fällen beschränkt man sich aufgrund der hohen Komplexität von Lösungen von rationalen Gleichungen mit Ordnungen N größer zwei auf eine quadratische Approximation. Illustrativ soll die erfindungsgemäße Methode anhand dieser Approximation demonstriert werden. Selbstverständlich können auch höhere Ordnungen N betrachtet werden. Die entsprechende Anwendung wird dann aber natürlich entsprechend komplizierter.Nevertheless, on the one hand, this results in solutions for the control problem that are superior to pure linearization in terms of accuracy due to the higher N order taken into account. On the other hand, a separate operating point-dependent controller design can be dispensed with if only the manipulated variable function Z is known. In many cases one restricts oneself to a quadratic approximation due to the high complexity of solutions of rational equations with orders N greater than two. The method according to the invention is to be demonstrated by way of illustration using this approximation. Of course, higher orders N can also be considered. The corresponding application is then of course correspondingly more complicated.

Approximiert man das momentenerzeugende Funktional Gx, x ∈ {R, S} bis zum zweiten Moment, so erhält man ξ = d Z ( y ist ) d y ist d 2 Z ( y ist ) d y ist 2 [ 1 1 2 ( 1 g X ) Z ( y ist ) d 2 Z ( y ist ) d y ist 2 ( d Z ( y ist ) d y ist ) 2 ] .

Figure DE102020116218A1_0011
If one approximates the moment-generating functional G x , x ∈ {R, S} up to the second moment, one obtains ξ = - d Z ( y is ) d y is d 2 Z ( y is ) d y is 2 [ 1 - 1 - 2 ( 1 - G X ) Z ( y is ) d 2 Z ( y is ) d y is 2 ( d Z ( y is ) d y is ) 2 ] .
Figure DE102020116218A1_0011

Hierbei bezeichnet gx den Wert des momentenerzeugenden Funktionals Gx gemäß der definierenden Gleichung (4) bzw. Gleichung (7) im jeweiligen Betriebspunkt, d. h. gs = Gs[xsoll, yist], beziehungsweise gR = GR[xsoll,xist].Here, gx denotes the value of the torque-generating functional Gx according to the defining equation (4) or equation (7) at the respective operating point, ie g s = G s [x target , y is ], or g R = G R [x target , x is ].

Aus Gleichung (9) folgt mit Gleichung (3) für den Sollwert der Stellgröße y soll = y ist d Z ( y ist ) d y ist d 2 Z ( y ist ) d y ist 2 [ 1 1 2 ( 1 g X ) Z ( y ist ) d 2 Z ( y ist ) d y ist 2 ( d Z ( y ist ) d y ist ) 2 ] .

Figure DE102020116218A1_0012
From equation (9) with equation (3) it follows for the setpoint of the manipulated variable y should = y is - d Z ( y is ) d y is d 2 Z ( y is ) d y is 2 [ 1 - 1 - 2 ( 1 - G X ) Z ( y is ) d 2 Z ( y is ) d y is 2 ( d Z ( y is ) d y is ) 2 ] .
Figure DE102020116218A1_0012

Wie jeder approximative Zugang weist die erfindungsgemäße Methode einen begrenzten Anwendungsbereich auf. Ein besonderer Vorteil besteht erfindungsgemäß allerdings darin, dass erkannt werden kann, ob dieser Anwendungsbereich verlassen wird und somit auf andere gängige Methoden zurückgegriffen werden muss. Das hierfür herangezogene Kriterium wird über das Restglied (vgl. jeweils die Gleichungen (5.a) und (8.a)) erhalten. Ist dieses nämlich hinreichend klein, so kann gefolgert werden, dass die jeweils verwendete Potenzreihenentwicklung eine zulässige Approximation darstellt. Zu diesem Zweck wird das Summenglied der höchsten berücksichtigten Ordnung N mit dem Restglied verglichen, so dass das Verhältnis C : = ξ N + 1 | d N + 1 Z ( y ist ) d y ist N + 1 | | d N Z ( y ist ) d y ist N | ,

Figure DE102020116218A1_0013
einen Schwellwert CS << 1 unterschreiten muss. Wird dieser Grenzwert überschritten, zeigt die erfindungsgemäße Methode hiermit an, dass die verwendete Approximation an ihre Grenzen stößt und stattdessen ein alternativer Regelungsalgorithmus verwendet werden sollte. Typischerweise wird in diesen Sonderfällen ein reines Steuerungsverfahren angewendet, welches die entsprechende Stellgröße in einen Bereich bringt, der es ermöglicht, die verwendeten Approximationen anzuwenden. Alternativ kann aber eben auch die in dem erfindungsgemäßen Verfahren enthaltene Kumulantenmethode (siehe unten) verwendet werden, sofern diese anwendbar ist.Like any approximate approach, the method according to the invention has a limited area of application. According to the invention, however, a particular advantage consists in the fact that it can be recognized whether this area of application is being left and thus other common methods must be used. The criterion used for this is obtained from the remainder (cf. equations (5.a) and (8.a)). If this is sufficiently small, it can be concluded that the power series expansion used in each case represents a permissible approximation. For this purpose, the sum term of the highest order N considered is compared with the remainder, so that the ratio C. : = ξ N + 1 | d N + 1 Z ( y is ) d y is N + 1 | | d N Z ( y is ) d y is N | ,
Figure DE102020116218A1_0013
must fall below a threshold value C S << 1. If this limit value is exceeded, the method according to the invention hereby indicates that the approximation used has reached its limits and an alternative control algorithm should be used instead. Typically, in these special cases, a pure control method is used, which brings the corresponding manipulated variable into a range that makes it possible to apply the approximations used. Alternatively, however, the cumulative method (see below) contained in the method according to the invention can also be used, provided that it is applicable.

Da umgekehrt das physikalische Verhalten sowohl der Stell- als auch der Regelgrößenfunktion bekannt ist, kann auch schon vor Auswertung des korrigierten Regelwertes ysoll („yist - ζ“ gemäß Gleichung (10)) anhand der aktuell vorliegenden Werte von gx entschieden werden, ob die erfindungsgemäße Momentenmethode anwendbar sein wird oder ob eine alternative Methode, beispielsweise ein alternativer Regelungsalgorithmus oder ein reines Steuerverfahren verwendet werden sollte.Conversely, since the physical behavior of both the manipulated variable and the controlled variable function is known, a decision can be made even before the corrected control value y soll ("y ist - ζ" according to equation (10)) is evaluated based on the currently available values of gx whether the torque method according to the invention will be applicable or whether an alternative method, for example an alternative control algorithm or a pure control method, should be used.

Die oben dargelegten Sachverhalte zum Regelungsverfahren, welches auf der Stellgrößendarstellung basiert, sind in 1 veranschaulicht. Diese stellt einen Wirkungsplan dar, in welchem gezeigt ist, dass sich eine zu beeinflussende Größe x bzw. xist durch Einwirkung einer Stellgröße ysoll bzw. yist auf eine von Störgrößen u beeinflusste Strecke ergibt.The facts about the control process, which is based on the manipulated variable representation, are presented in 1 illustrated. This represents an action plan in which it is shown that a variable x or x ist to be influenced results from the action of a manipulated variable y soll or y ist on a route influenced by disturbance variables u.

Gemäß 1 entspricht der aktuelle Istwert der Stellgröße yist dem Sollwert der Stellgröße ysoll gemäß dem jeweils vorherigen Rechenschritt. In 1 sind diese beiden Größen lediglich aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit gleichgesetzt.According to 1 corresponds to the current actual value of the manipulated variable y is the target value of the manipulated variable y in accordance with the respective previous computation step. In 1 these two sizes are only equated for reasons of clarity.

Gemäß dem Wirkungsplan in 1 (Stellgrößendarstellung) erfolgt erfindungsgemäß in einem spezifischen Betriebspunkt des technischen Systems die Bildung des Quotienten aus Sollregelgrößenfunktion f(xsoll) und Iststellgrößenfunktion Z(yist) auf Grundlage von Gleichung (1). D. h. es wird ein Verhältnis zwischen (einem Modell bei erfülltem) Sollverhalten und (einem Modell bei gegebenem) Istverhalten des zu Grunde liegenden technischen Systems gebildet.According to the action plan in 1 (Manipulated variable display) is carried out according to the invention in a specific operating point of the technical system, the formation of the quotient of the reference controlled variable function f (x soll) and Iststellgrößenfunktion Z (y) based on equation (1). I.e. A relationship is established between (a model if the target behavior is fulfilled) and (a model if the actual behavior of the underlying technical system is given).

Im Ergebnis steht das momentenerzeugende Funktional GS bzw. dessen Wert gs in einem spezifischen Betriebspunkt bereit (Gleichung (4)). In Abhängigkeit des momentenerzeugenden Funktionals Gs bzw. dessen Wertes gs in einem spezifischen Betriebspunkt erfolgt, beispielsweise mittels eines Solvers, die Berechnung der Differenz ζ anhand der Lösung des Polynoms N-ten Grades, wie dies besipielsweise für N = 2 in Gleichung (9) demonstriert wurde. Da die Nullstellenberechnung für Polynome bis zum Grade vier bekannt ist, kann für alle N ≤ 4 diese Lösung ebenso vorab im Solver implementiert werden, wie die jeweils benötigten Ableitungen. Durch eine Beaufschlagung der so ermittelten Differenz ξ mit dem tatsächlichen Wert der aktuellen Stellgröße yist, welche dem Sollwert der Stellgröße ysoll gemäß dem vorherigen Rechenschritt entspricht, wird ein aktueller Sollwert der Stellgröße ysoll gebildet, der nunmehr auf die Strecke einwirkt, so dass die zu beeinflussende Größe x bzw. xist (Regelgröße) durch Einwirkung der Stellgröße ysoll bzw. yist auf die Strecke, der Führungsgröße xsoll entspricht bzw. sich dieser Vorgabe angleicht.As a result, the torque-generating functional G S or its value gs is available at a specific operating point (equation (4)). Depending on the torque-generating functional Gs or its value gs at a specific operating point, the difference ζ is calculated using the solution of the N-th degree polynomial, for example, using a solver, as demonstrated for example for N = 2 in equation (9) has been. Since the zero point calculation for polynomials up to degree four is known, this solution can be implemented in advance in the solver for all N ≤ 4, as can the required derivatives. By applying the difference ξ determined in this way with the actual value of the current manipulated variable y ist , which corresponds to the setpoint of the manipulated variable y soll according to the previous calculation step, a current setpoint of the manipulated variable y soll is formed, which now acts on the route so that the variable x or x is to be influenced (controlled variable) by the action of the manipulated variable y soll or y ist on the system, the reference variable x soll corresponds to or adapts to this specification.

Wie in 2 gezeigt (Regelgrößendarstellung), erfolgt erfindungsgemäß in einem spezifischen Betriebspunkt des technischen Systems die Bildung des Quotienten aus Sollregelgrößenfunktion ƒ(xsoll) und Istregelgrößenfunktion ƒ(xist) auf Grundlage von Gleichung (1). D. h. es wird somit ebenfalls ein Verhältnis zwischen dem Modell bei erfülltem Sollverhalten und dem Modell bei gegebenem Istverhalten des zu Grunde liegenden technischen Systems gebildet.As in 2 shown (controlled variable display) is carried out, according to the invention in a specific operating point of the technical system, the formation of the quotient of the reference controlled variable function ƒ (x soll) and Istregelgrößenfunktion ƒ (x) based on equation (1). I.e. a relationship is thus also formed between the model when the target behavior is fulfilled and the model when the actual behavior of the underlying technical system is given.

Im Ergebnis steht das momentenerzeugende Funktional GR bzw. dessen Wert gR im spezifischen Betriebspunkt bereit (Gleichung (7)). In Abhängigkeit des momentenerzeugenden Funktionals GR bzw. dessen Wertes gR im spezifischen Betriebspunkt erfolgt, beispielsweise mittels eines Solvers, die Berechnung der Differenz ζ anhand der Lösung des Polynoms N-ten Grades, wie dies beispielsweise für N = 2 in Gleichung (10) demonstriert wurde. Da die Nullstellenberechnung für Polynome bis zum Grade vier bekannt ist, kann für alle N ≤ 4 diese Lösung ebenso vorab im Solver implementiert werden, wie die jeweils benötigten Ableitungen. Durch eine Beaufschlagung der so ermittelten Differenz ξ mit dem tatsächlichen Wert der aktuellen Stellgröße yist, welche dem Sollwert der Stellgröße ysoll gemäß dem vorherigen Rechenschritt entspricht, wird ein aktueller Sollwert der Stellgröße ysoll gebildet, der nunmehr auf die Strecke einwirkt, so dass die zu beeinflussende Größe x bzw. xist (Regelgröße) durch Einwirkung der Stellgröße ysoll bzw. yist auf die Strecke der Führungsgröße xsoll entspricht bzw. sich dieser Vorgabe angleicht.As a result, the torque-generating functional G R or its value g R is available at the specific operating point (equation (7)). Depending on the torque-generating functional G R or its value g R at the specific operating point, the difference ζ is calculated, for example by means of a solver, based on the solution of the polynomial of the Nth degree, as is the case, for example, for N = 2 in equation (10) was demonstrated. Since the zero point calculation for polynomials up to degree four is known, this solution can be implemented in advance in the solver for all N ≤ 4, as can the required derivatives. By applying the difference ξ determined in this way with the actual value of the current manipulated variable y ist , which corresponds to the setpoint of the manipulated variable y soll according to the previous calculation step, a current setpoint of the manipulated variable y soll is formed, which now acts on the route so that the variable x or x ist (controlled variable) to be influenced by the action of the manipulated variable y soll or y ist on the path corresponds to the reference variable x soll or is adapted to this specification.

Soweit ist zunächst die erfindungsgemäße Momentenmethode beschrieben bzw. definiert.So far, the torque method according to the invention is first described or defined.

Erfindungsgemäß wird ausgehend von der mathematischen Äquivalenz zwischen der schon beschriebenen Methode und der Darstellung einer Wahrscheinlichkeitsverteilung durch die korrespondierenden Momente weiterhin die Formulierung eines kumulantenerzeugenden Funktionals vorgeschlagen. Im Folgenden wollen wir dieses Verfahren abkürzend mit Kumulantenmethode bezeichnen.According to the invention, based on the mathematical equivalence between the method already described and the representation of a probability distribution by the corresponding moments, the formulation of a cumulant-generating functional is also proposed. In the following, we will refer to this procedure for short as the cumulative method.

Das kumulantenerzeugende Funktional ist jeweils für die Regel- und Stellgrößendarstellung definiert durch F X : = ln G X ,       X { R , S }

Figure DE102020116218A1_0014
d. h. das kumulantenerzeugende Funktional Fs bzw. FR ist der natürliche Logarithmus des momentenerzeugenden Funktionals Gs bzw. GR. Eine Potenzreihenentwicklung liefert sodann F X = j = 1 N d j ln Z ( y ist ) d y ist j ξ j j ! + d N + 1 ln Z ( y ist ) d y ist N + 1 ξ N + 1 ( N + 1 ) ! ,
Figure DE102020116218A1_0015
wobei der Ausdruck k j : = d j ln Z ( y ist ) d y ist j
Figure DE102020116218A1_0016
als die j-te Kumulante des instantanen Regelungsproblems bezeichnet wird. Der in Gleichung (13) nicht unter dem Summenzeichen inkludierte Term R F X = d N + 1 ln Z ( y ist ) d y ist N + 1 ξ N + 1 ( N + 1 ) !
Figure DE102020116218A1_0017
entspricht dabei dem Restglied der Potenzreihe, d. h. auch hierin stellt der letzte Summand das Restglied der Potenzreihe zur entwickelten Ordnung dar.The function generating the cumulative is defined for the control and manipulated variable representation by F. X : = ln G X , X { R. , S. }
Figure DE102020116218A1_0014
ie the cumulant-generating functional Fs or F R is the natural logarithm of the torque-generating functional Gs or G R. A power series expansion then delivers F. X = j = 1 N d j ln Z ( y is ) d y is j ξ j j ! + d N + 1 ln Z ( y is ) d y is N + 1 ξ N + 1 ( N + 1 ) ! ,
Figure DE102020116218A1_0015
where the expression k j : = d j ln Z ( y is ) d y is j
Figure DE102020116218A1_0016
is called the jth cumulant of the instantaneous control problem. The term not included under the sum symbol in equation (13) R. F. X = d N + 1 ln Z ( y is ) d y is N + 1 ξ N + 1 ( N + 1 ) !
Figure DE102020116218A1_0017
corresponds to the remainder of the power series, ie here too the last summand represents the remainder of the power series for the developed order.

In Analogie zur erzeugenden Funktion der Momente (siehe Beschreibung Momentenmethode oben) kann nun auch Gleichung (13) zur gegebenen Ordnung N nach ξ aufgelöst werden. Sinngemäß gelten hier dieselben Eigenschaften bezüglich Lösbarkeit der jeweils gewählten Approximationen. In Analogie zur beispielhaften Lösung aus dem letzten Abschnitt ergibt sich bei einer Approximation bis zur zweiten Ordnung (also N=2) ξ = dln Z ( y ist ) d y ist d 2 ln Z ( y ist ) d y ist 2 [ 1 1 + 2 f X d 2 ln Z ( y ist ) d y ist 2 ( dln Z ( y ist ) d y ist ) 2 ] .

Figure DE102020116218A1_0018
In analogy to the generating function of the moments (see description of the moment method above), equation (13) for the given order N can now be solved for ξ. The same properties with regard to the solvability of the approximations selected apply accordingly here. In analogy to the exemplary solution from the last section, an approximation up to the second order (i.e. N = 2) results ξ = - dln Z ( y is ) d y is d 2 ln Z ( y is ) d y is 2 [ 1 - 1 + 2 f X d 2 ln Z ( y is ) d y is 2 ( dln Z ( y is ) d y is ) 2 ] .
Figure DE102020116218A1_0018

Hierin bezeichnet in Analogie zu Gleichung (9)ƒX den Wert der kumulantenerzeugenden Funktion Fx gemäß der definierenden Gleichung (13) im jeweiligen Betriebspunkt. Unter Verwendung von Gleichung (3) ergibt sich in dieser Darstellung für den Sollwert der Stellgröße y soll = y ist dln Z ( y ist ) d y ist d 2 ln Z ( y ist ) d y ist 2 [ 1 1 + 2 f X d 2 ln Z ( y ist ) d y ist 2 ( dln Z ( y ist ) d y ist ) 2 ] .

Figure DE102020116218A1_0019
Gegenüber der Funktion Gx kann die Reihenentwicklung für FX ein unterschiedliches Konvergenzverhalten aufweisen. Über eine Restgliedabschätzung kann hierbei eine Aussage darüber getroffen werden, welche der beiden Approximationen verlässlicher ist (wie im weiteren Verlauf noch konkret beschrieben wird) und welche ausgewählt werden soll für den Betrieb des technischen Systems. Insofern kann eine zusätzliche Auswertung via Gleichung (13) nicht nur als alternativer Zugang gewertet werden. Zugleich kann darüber befunden werden, welche der beiden Methoden in der jeweils betrachteten Betriebssituation eine exaktere Approximation darstellt. Ein Vergleich der Gleichungen (10) und (16) zeigt hierbei, dass beim Übergang auf die Kumulantenmethode keine neuerliche Rechnung ausgeführt werden muss, sondern, dass das jeweilige Moment (in diesem Fall m1 und m2) lediglich durch die jeweilige Kumulante (in diesem Fall k1 und k2) zu ersetzen ist. Diese Eigenschaft gilt allgemein und ist nicht auf den Fall N = 2 beschränkt. Ferner erlaubt der aus der Statistik bekannte Zusammenhang zwischen Momenten und Kumulanten, der aufgrund der vollständigen mathematischen Analogie der hier gezeigten Methoden volle Gültigkeit hat, die Bestimmung der Kumulanten durch entsprechende Kombination der Momente. Insofern erfordert die Bestimmung von ζ mittels der Kumulantenmethode nur wenig zusätzliche Rechenleistung, was das vorgestellte Verfahren insbesondere für eingebettete Systeme geringer Rechenkapazität geeignet macht.Here, in analogy to equation (9), ƒ X denotes the value of the cumulant-generating function Fx according to the defining equation (13) at the respective operating point. Using equation (3), the setpoint is the manipulated variable in this representation y should = y is - dln Z ( y is ) d y is d 2 ln Z ( y is ) d y is 2 [ 1 - 1 + 2 f X d 2 ln Z ( y is ) d y is 2 ( dln Z ( y is ) d y is ) 2 ] .
Figure DE102020116218A1_0019
Compared to the function Gx, the series expansion for F X can show a different convergence behavior. A statement about which of the two approximations is more reliable (as will be specifically described below) and which should be selected for the operation of the technical system can be made here via a residual term estimate. In this respect, an additional evaluation via equation (13) cannot only be assessed as an alternative approach. At the same time, it can be determined which of the two methods represents a more exact approximation in the operating situation under consideration. A comparison of equations (10) and (16) shows that when switching to the cumulative method, no new calculation has to be carried out, but that the respective moment (in this case m 1 and m 2 ) is only replaced by the respective cumulative (in in this case k 1 and k 2 ) is to be replaced. This property applies in general and is not restricted to the case N = 2. Furthermore, the relationship between moments and cumulants, known from statistics, which is fully valid due to the complete mathematical analogy of the methods shown here, allows the cumulants to be determined by appropriate combination of the moments. In this respect, the determination of ζ by means of the cumulative method requires only a little additional computing power, which makes the presented method particularly suitable for embedded systems with little computing capacity.

Somit ist auch die erfindungsgemäße Kumulantenmethode beschrieben bzw. definiert. Aus mathematischer Sicht erwartet man ein besseres Konvergenzverhalten der Momentenmethode im Vergleich zur Kumulantenmethode, wenn GX mit ξ unterproportional verläuft. Im umgekehrten Fall überproportionalen Verlaufes wird die Kumulantenmethode eine bessere Approximation darstellen, als dies die Momentenmethode vermag. Dieser Umstand wird sich erfindungsgemäß im jeweiligen Betriebspunkt des technischen Systems dadurch zunutze gemacht, dass diejenige Potenzreihe mit dem schnelleren Konvergenzverhalten ausgewählt und aufbauend auf dieser nach der Differenz ξ aufgelöst wird. Insbesondere ergibt sich somit das Potenzial, eine hohe Ordnung N bei der Entwicklung zu vermeiden, wodurch einfachere Ausdrücke bei der Auswertung verwendet werden können, ohne dass Einbußen bei der Regelgüte hingenommen werden müssen.The accumulation method according to the invention is thus also described or defined. From a mathematical point of view, one expects a better convergence behavior of the moment method compared to the cumulative method if G X with ξ is disproportionately low. In the opposite case of a disproportionate course, the cumulative method will represent a better approximation than the moment method. According to the invention, this circumstance is made use of in the respective operating point of the technical system in that that power series with the faster convergence behavior is selected and, based on this, is resolved according to the difference ξ. In particular, there is thus the potential to avoid a high order N in the development, as a result of which simpler expressions can be used in the evaluation without having to accept losses in the control quality.

Wie gemäß 3 in Regelgrößendarstellung gezeigt, können erfindungsgemäß die Momentenmethode und die Kumulantenmethode zu diesem Zweck für einen Betrieb bzw. eine Steuerung und/oder Regelung eines technischen Systems kombiniert werden.How according to 3 Shown in the control variable representation, according to the invention, the torque method and the cumulative method can be combined for this purpose for operating or controlling and / or regulating a technical system.

Dabei kann eine Auswahl erfolgen, ob die Differenz ξ gemäß Gleichung (3), die zur Bildung einer auf eine von Störgrößen u beeinflussten Strecke einwirkenden Stellgröße ysoll bzw. yist herangezogen bzw. verwendet wird, einer Differenz ζMom entspricht, die mittels eines ersten Solvers (SolverMom), d. h. mittels der Momentenmethode/eines ersten Verfahrens zur Bereitstellung der Differenz ξ bzw. ζMom bereitgestellt wird oder einer Differenz ζKum entspricht, die mittels eines zweiten Solvers (SolverKum), d. h. mittels der Kumulantenmethode/mittels eines zweiten Verfahrens zur Bereitstellung der Differenz ξ bzw. ζKum bereitgestellt wird.A selection can be made as to whether the difference ξ according to equation (3), which is used to form a manipulated variable y set or y is used to form a manipulated variable y that is influenced by disturbance variables u, corresponds to a difference ζ Mom that is determined by means of a first solver (SolverMom), ie using the moment method / a first method for providing the difference ξ or ζ Mom is provided or a difference ζ Kum corresponds to that using a second solver (SolverKum), ie using the cumulative method / using a second method to provide the difference ξ or ζ cum .

Zu diesem Zweck werden zunächst die Größen ζMom, bzw. ζKum, wie im Vorhergehenden beschrieben, jeweils im Rahmen der Momenten-, bzw. der Kumulantenmethode für den vorliegenden Betriebspunkt mittels einer Potenzreihe der Ordnung N bestimmt. Die somit bereitstehenden Größen ζMom, bzw. ζKum werden sodann an die Hierarchie Auswahl übergeben. In dieser Hierarchie erfolgt nun die Auswertung der jeweiligen Restglieder der bei der Ermittlung von ζMom, bzw. ζKum verwendeten Potenzreihen, wobei ζ mit demjenigen Wert ζMom oder ζKum gleichgesetzt wird, der mit dem betragsmäßig kleineren Restglied verknüpft ist. Mit anderen Worten, es wird folgende Vorschrift verwendet: ξ = { ξ Mom , falls | 1 f ( x ist ) d N + 1 Z ( y ist ) d y ist N + 1 ξ N + 1 ( N + 1 ) ! | | d N + 1 ln Z ( y ist ) d y ist N + 1 ξ Kum N + 1 ( N + 1 ) ! | ξ Kum , falls | 1 f ( x ist ) d N + 1 Z ( y ist ) d y ist N + 1 ξ N + 1 ( N + 1 ) ! | > | d N + 1 ln Z ( y ist ) d y ist N + 1 ξ Kum N + 1 ( N + 1 ) ! | .

Figure DE102020116218A1_0020
For this purpose, the quantities ζ Mom or ζ Kum , as described above, are determined in each case within the framework of the torque or the cumulant method for the operating point by means of a power series of order N. The quantities ζ Mom and ζ Cum that are thus available are then transferred to the selection hierarchy. In this hierarchy, the evaluation of the respective remaining links of the associated with the smaller absolute residual limb in the calculation of ζ Mom, or ζ Kum power series used, where ζ is with that value ζ Mom or ζ Kum equated now be made. In other words, the following rule is used: ξ = { ξ Mom , if | 1 f ( x is ) d N + 1 Z ( y is ) d y is N + 1 ξ N + 1 ( N + 1 ) ! | | d N + 1 ln Z ( y is ) d y is N + 1 ξ Cum N + 1 ( N + 1 ) ! | ξ Cum , if | 1 f ( x is ) d N + 1 Z ( y is ) d y is N + 1 ξ N + 1 ( N + 1 ) ! | > | d N + 1 ln Z ( y is ) d y is N + 1 ξ Cum N + 1 ( N + 1 ) ! | .
Figure DE102020116218A1_0020

Durch eine Beaufschlagung der so ermittelten Differenz ξ mit dem tatsächlichen Wert der aktuellen Stellgröße, welche dem Sollwert der Stellgröße ysoll gemäß dem vorherigen Rechenschritt entspricht, wird ein aktueller Sollwert der Stellgröße ysoll gebildet, der nunmehr auf die Strecke einwirkt, so dass die zu beeinflussende Größe x bzw. xist (Regelgröße) durch Einwirkung der Stellgröße ysoll bzw. yist auf die Strecke der Führungsgröße xsoll entspricht bzw. sich dieser Vorgabe angleicht.By applying the determined difference der with the actual value of the current manipulated variable, which corresponds to the setpoint of the manipulated variable y soll according to the previous calculation step, a current setpoint of the manipulated variable y soll is formed, which now acts on the route so that the to Influencing variable x or x ist (controlled variable) through the action of the manipulated variable y soll or y ist on the path corresponds to the reference variable x soll or is adapted to this specification.

Wie schon bei der Darstellung der Kumulantenmethode angemerkt, erfordert die Berechnung von ζKum und die in der Auswahl vorgenommene Restgliedabschätzung keine gesonderte Berechnung der dargestellten Differentiationen (vgl. Gleichung (13) und (14)). Vielmehr können die Kumulanten durch Kombination der Momente erhalten werden. Somit kann durch eine gezielte Auswahl zwischen den beiden Methoden eine hohe Ordnung N bei der Entwicklung vermieden werden, wodurch vergleichsweise einfache Ausdrücke bei der Auswertung verwendet werden können, ohne dass Einbußen bei der Regelgüte hingenommen werden müssen, wie oben beschrieben. Der hierbei von der Rechenmaschine zu leistende Rechenaufwand kann hiermit geringgehalten werden. Insbesondere ergibt sich durch die erfindungsgemäße Kombination der beiden Methoden häufig eine Anwendbarkeit in Betriebsbereichen, die von einer der beiden Methoden allein in aller Regel nicht dargestellt werden könnte. Durch die Berechnung der Kumulanten aus den Momenten wird dieser Zugewinn durch einen sehr geringen rechentechnischen Mehraufwand erkauft.As already noted in the presentation of the cumulative method, the calculation of ζ Cum and the residual term estimate made in the selection do not require a separate calculation of the differentiations shown (cf. equations (13) and (14)). Rather, the cumulants can be obtained by combining the moments. A high order N can thus be avoided during development through a targeted selection between the two methods, which means that comparatively simple expressions can be used in the evaluation without having to accept losses in the control quality, as described above. The computing effort to be performed by the computing machine can hereby be kept low. In particular, the combination according to the invention of the two methods often results in an applicability in operational areas which, as a rule, could not be represented by one of the two methods alone. By calculating the cumulative values from the moments, this gain is bought at the cost of a very small additional computational effort.

Ein typischer Anwendungsfall für instantane Regelungsprobleme ist im Bereich des Wärmemanagements mittels indirekter Temperierungssysteme gegeben. Der häufig auftretende Fall, dass ein Arbeitsmedium (in aller Regel Ansaugluft oder Abgas) auf einen bestimmten Wert temperiert werden soll, wird durch eine Pumpe realisiert, deren Drehzahl je nach Betriebsbedingung vorgegeben werden kann. Ein Regelungsalgorithmus, der im Zusammenhang mit der hier vorgestellten Methode verwendet werden kann, ergibt sich aus der Methode der dimensionslosen Temperaturänderung P, siehe hierzu auch DE 10 2016 124 652 B3 . Für einen Wärmeübertrager ist diese definiert durch P = T 1, u T 1, d T 1, u T 2, u .

Figure DE102020116218A1_0021
A typical application for instantaneous control problems is in the area of thermal management using indirect temperature control systems. The frequently occurring case that a working medium (usually intake air or exhaust gas) is to be tempered to a certain value is realized by a pump whose speed can be specified depending on the operating conditions. A control algorithm that can be used in connection with the method presented here results from the method of the dimensionless temperature change P, see also DE 10 2016 124 652 B3 . For a heat exchanger, this is defined by P = T 1, u - T 1, d T 1, u - T 2, u .
Figure DE102020116218A1_0021

Hierin bezeichnen T1,u, und T1,d jeweils die Temperatur des Arbeitsmediums stromauf- und -abwärts des Wärmeübertragers. Die Temperatur des Temperierungsmediums (Kühlmittel) stromaufwärts des Bauteils ist gegeben durch T2,u.Here, T 1, u , and T 1, d each denote the temperature of the working medium upstream and downstream of the heat exchanger. The temperature of the temperature control medium (coolant) upstream of the component is given by T 2, u .

Wie bekannt, hängt die dimensionslose Temperaturänderung im Wesentlichen von den Wärmekapazitätsströmen (mit cp,j als Wärmekapazität und ṁj als Massenstrom) Γ j : = c p , j m ˙ j  mit  j { 1,2 }

Figure DE102020116218A1_0022
ab, also P = P ( Γ 1 , Γ 2 ) .
Figure DE102020116218A1_0023
As is known, the dimensionless temperature change essentially depends on the heat capacity flows (with c p, j as heat capacity and ṁ j as mass flow) Γ j : = c p , j m ˙ j With j { 1.2 }
Figure DE102020116218A1_0022
off, so P = P ( Γ 1 , Γ 2 ) .
Figure DE102020116218A1_0023

Soll nun die Temperatur des Arbeitsmediums geregelt werden, so erhält man durch die Ersetzung T1,d → T1,d,des bei sonst gleichen Variablen einen Sollwert für die dimensionslose Temperaturänderung gemäß P des = T 1, u T 1, d , des T 1, u T 2, u

Figure DE102020116218A1_0024
If the temperature of the working medium is now to be regulated, then by substituting T 1, d → T 1, d, des with otherwise the same variables, a nominal value for the dimensionless temperature change is obtained according to P of = T 1, u - T 1, d , of T 1, u - T 2, u
Figure DE102020116218A1_0024

Unter Verwendung von Gleichung (19) ergibt sich hieraus, dass die Transformation P → Pdes umgekehrt Γ2 → Γ2,des impliziert. In aller Regel ist der funktionale Zusammenhang zwischen der dimensionslosen Temperaturänderung und dem Kühlmittelwärmekapazitätsstrom so kompliziert, dass eine direkte Invertierung der Form Γ2,des = Γ2,des1,Pdes) nicht ohne weiteres möglich ist. Aus diesem Grunde soll der erfindungsgemäße Ansatz auf diese Fragestellung angewendet werden.Using equation (19), this results in that the transformation P → P of the inverted Γ 2 Γ → 2, the implied. As a rule, the functional relationship between the dimensionless temperature change and the coolant heat capacity flow is so complicated that a direct inversion of the form Γ 2, des = Γ 2, des1 , P des ) is not easily possible. For this reason, the approach according to the invention should be applied to this problem.

Zur Validierung der erfindungsgemäßen Methode wurde ein Wärmeübertrager herangezogen, dessen dimensionslose Temperaturänderung mittels des folgenden funktionalen Zusammenhanges durch die Wärmekapazitätsströme ausgedrückt werden kann: P = 1 e γ ( Γ 2 1 Γ 1 1 ) 1 Γ 1 Γ 2 e γ ( Γ 2 1 Γ 1 1 ) ,

Figure DE102020116218A1_0025
wobei f(x)=ex die Exponentialfunktion repräsentiert. Die effektive Wärmeleitzahl ist dabei gegeben durch γ = (1 - Θ[Γ2 - Γ2,cl + Θ[Γ2 - Γ2,ct. Es wird also mittels der Heaviside-Funktion Θ ( x ) = { 0 x < 0 1 x 0
Figure DE102020116218A1_0026
entschieden, ob laminare (γ1) oder turbulente (γt) Kühlmittelströmung vorliegt. Das Kriterium hierfür ist, ob der Wärmekapazitätsstrom unterhalb oder oberhalb des kritischen Wertes Γ2,c liegt. Im laminaren Fall kann die effektive Wärmeleitzahl beschrieben werden durch γ l = a 00 + a 10 Γ 1 + a 01 Γ 2 + a 20 Γ 1 2 + a 02 Γ 2 2 + a 11 Γ 1 Γ 2 + a 30 Γ 1 3 ,
Figure DE102020116218A1_0027
wohingegen für turbulente Kühlmittelströmung γ t = α Γ 1 m Γ 2 m β Γ 2 m + Γ 1 m
Figure DE102020116218A1_0028
gilt. Hierbei fungieren die Größen aj, sowie α, β und m als freie Parameter. Wir bilden die momentenerzeugende Funktion G [ ξ ] = P ( Γ 1 , Γ 2 + ξ ) P ( Γ 1 , Γ 2 ) .
Figure DE102020116218A1_0029
In 4 ist der Verlauf der momentenerzeugenden Funktion mit ξ für einen definierten Betriebspunkt gezeigt (Veranschaulichung der momentenerzeugenden Funktion G in Gleichung (21)). Aufgrund des unterproportionalen Anstieges in der Nähe dieses Betriebspunktes ist anzunehmen, dass die Bestimmung von ζ über G exaktere Resultat liefert als über die kumulantenerzeugende Funktion F = ln G
Figure DE102020116218A1_0030
To validate the method according to the invention, a heat exchanger was used whose dimensionless temperature change can be expressed by the heat capacity flows using the following functional relationship: P = 1 - e γ ( Γ 2 - 1 - Γ 1 - 1 ) 1 - Γ 1 Γ 2 e γ ( Γ 2 - 1 - Γ 1 - 1 ) ,
Figure DE102020116218A1_0025
where f (x) = e x represents the exponential function. The effective coefficient of thermal conductivity is given by γ = (1 - Θ [Γ 2 - Γ 2, c ) γ l + Θ [Γ 2 - Γ 2, c ] γ t . So it is done using the Heaviside function Θ ( x ) = { 0 x < 0 1 x 0
Figure DE102020116218A1_0026
decided whether the coolant flow was laminar (γ 1 ) or turbulent (γ t ). The criterion for this is whether the heat capacity flow is below or above the critical value Γ 2, c . In the laminar case, the effective coefficient of thermal conductivity can be described by γ l = a 00 + a 10 Γ 1 + a 01 Γ 2 + a 20th Γ 1 2 + a 02 Γ 2 2 + a 11 Γ 1 Γ 2 + a 30th Γ 1 3 ,
Figure DE102020116218A1_0027
whereas for turbulent coolant flow γ t = α Γ 1 m Γ 2 m β Γ 2 m + Γ 1 m
Figure DE102020116218A1_0028
applies. The quantities a j as well as α, β and m act as free parameters. We form the moment generating function G [ ξ ] = P ( Γ 1 , Γ 2 + ξ ) P ( Γ 1 , Γ 2 ) .
Figure DE102020116218A1_0029
In 4th the curve of the torque-generating function is shown with ξ for a defined operating point (illustration of the torque-generating function G in equation (21)). Due to the disproportionate increase in the vicinity of this operating point, it can be assumed that the determination of ζ via G delivers more exact results than via the cumulant-generating function F. = ln G
Figure DE102020116218A1_0030

Diese Vermutung bestätigt sich, wenn man die jeweilige absolute Abweichung bei den Potenzreihenentwicklungen vergleicht. Dieser Ausdruck ist für die jeweilige erzeugende Funktion Ξ { F , G }

Figure DE102020116218A1_0031
definiert als Δ Ξ ( N ) : = | Ξ [ ξ ] Ξ N [ ξ ] |
Figure DE102020116218A1_0032
wobei ΞN die Potenzreihenentwicklung bis zur N-ten Ordnung darstellt. Weiter definieren wir Δ F G ( M N ) = Δ F ( M ) Δ G ( N ) .
Figure DE102020116218A1_0033
M und N bedeuten in diesem Zusammenhang die jeweils höchste berücksichtigte Ordnung bei der Auflösung nach ζMom, beziehungsweise ζKum. Diese Ordnungen müssen nicht zwingend gleich sein, so kann man beispielsweise ζKum aus dem kumulantenerzeugenden Funktional in linearer Ordnung berechnen, während man die Größe ζMom aus der quadratischen Approximation des momentenerzeugenden Funktionals erhalten könnte. Dann wäre M=1 und N=2. Gleichung (23) drückt dabei aus, ob das Restglied von F in M-ter Ordnung größer ausfällt als das Restglied von G in N-ter Ordnung. Wenn die Antwort ja ist, wird man die Lösung ζMom heranziehen und ζ = ζMom setzen. Im umgekehrten Fall bedient man sich der Lösung aus F. Insofern handelt es sich bei M und N in Gleichung (23) um die jeweilige Ordnung, anhand der die Restglieder verglichen werden.This assumption is confirmed if one compares the respective absolute deviation in the expansions of the power series. This expression is for the respective generating function Ξ { F. , G }
Figure DE102020116218A1_0031
defined as Δ Ξ ( N ) : = | Ξ [ ξ ] - Ξ N [ ξ ] |
Figure DE102020116218A1_0032
where Ξ N represents the power series expansion up to the Nth order. We further define Δ F. G ( M. N ) = Δ F. ( M. ) - Δ G ( N ) .
Figure DE102020116218A1_0033
In this context, M and N mean the highest order taken into account when resolving according to ζ Mom and ζ Kum , respectively. These orders do not necessarily have to be the same, for example ζ Cum can be calculated from the cumulant-generating functional in linear order, while the quantity ζ Mom could be obtained from the quadratic approximation of the torque-generating functional. Then M = 1 and N = 2. Equation (23) expresses whether the remainder of F in the M-th order is larger than the remainder of G in the N-th order. If the answer is yes, you will use the solution ζ Mom and set ζ = ζ Mom . In the opposite case, use the solution from F. In this respect, M and N in equation (23) are the respective order on the basis of which the remaining terms are compared.

Für Δ F G ( N N ) > 0  bzw Δ F G ( N N ) < 0

Figure DE102020116218A1_0034
folgt, dass die Potenzreihe für das momentenerzeugende Funktional beziehungsweise für das kumulantenerzeugende Funktional für die Ordnung N schneller konvergiert. Wie in 5 für M=N=2 gezeigt, weist die Potenzreihenentwicklung für die untersuchten Betriebspunkte beim momentenerzeugenden Funktional klar das schnellere Konvergenzverhalten auf.For Δ F. G ( N N ) > 0 or . Δ F. G ( N N ) < 0
Figure DE102020116218A1_0034
it follows that the power series for the moment-generating functional or for the cumulant-generating functional for order N converges faster. As in 5 shown for M = N = 2, the power series expansion for the investigated operating points clearly shows the faster convergence behavior for the torque-generating functional.

Die prinzipielle Strategie des erfindungsgemäßen Ansatzes besteht mit anderen Worten darin, die jeweiligen Gleichungen G = 1 + j = 1 N m j ξ j j ! m N + 1 ξ N + 1 ( N + 1 ) !

Figure DE102020116218A1_0035
und F   =   j = 1 N k j ξ j j ! + k N + 1 ξ N + 1 ( N + 1 ) !
Figure DE102020116218A1_0036
unter Vernachlässigung des Restgliedes nach ζ aufzulösen. Das so erhaltene Resultat wird sodann in die jeweiligen betragsmäßigen Restterme R G = | m N + 1 ξ N + 1 ( N + 1 ) ! |
Figure DE102020116218A1_0037
Und R F = | k N + 1 ξ N + 1 ( N + 1 ) ! |
Figure DE102020116218A1_0038
eingesetzt und die Güte des jeweiligen Ansatzes ausgewertet.In other words, the basic strategy of the approach according to the invention is to use the respective equations G = 1 + j = 1 N m j ξ j j ! m N + 1 ξ N + 1 ( N + 1 ) !
Figure DE102020116218A1_0035
and F. = j = 1 N k j ξ j j ! + k N + 1 ξ N + 1 ( N + 1 ) !
Figure DE102020116218A1_0036
to be solved by neglecting the remaining term according to ζ. The result obtained in this way is then converted into the respective residual terms R. G = | m N + 1 ξ N + 1 ( N + 1 ) ! |
Figure DE102020116218A1_0037
And R. F. = | k N + 1 ξ N + 1 ( N + 1 ) ! |
Figure DE102020116218A1_0038
used and evaluated the quality of the respective approach.

Schließlich wird dasjenige ξ mit dem kleineren absoluten Restglied RG, RF ausgewählt und innerhalb der Steuerungsfunktion oder Regelungsfunktion weiterverarbeitet, siehe 6, so dass stets die optimale Lösung der Ordnung N ausgewählt wird (was jeweils in dem Block „Auswahl“ in den 3 und 7 ausgeführt wird). Aus den zuvor angestellten Überlegungen folgt, dass dies in der Nähe des betrachteten Betriebspunktes meist auf eine Auswahl der Lösung aus Gleichung (24) führen müsste.Finally, that ξ with the smaller absolute remainder R G , R F is selected and processed further within the control function or regulation function, see 6th , so that the optimal solution of order N is always selected (which is in each case in the "Selection" block in the 3 and 7th is performed). From the considerations made above, it follows that in the vicinity of the operating point under consideration this would usually lead to a selection of the solution from equation (24).

Soweit wurde zunächst ein instantanes Regelungsproblem betrachtet und es wurde eine Regelungsstrategie anhand erzeugender Funktionale für instantane Systeme vorgestellt. Prinzipiell ist aber die Anwendbarkeit dieses Ansatzes nicht auf solche Systeme beschränkt. Gelingt es für ein dynamisches System, ein geeignetes momentenerzeugendes Funktional zu finden, kann durch eine Potenzreihenentwicklung in nunmehr bekannter Weise nach der Abweichung zwischen Soll- und Ist-Stellgröße aufgelöst werden.So far, an instantaneous control problem was initially considered and a control strategy based on generating functionals for instantaneous systems was presented. In principle, however, the applicability of this approach is not restricted to such systems. If it is possible to find a suitable torque-generating functional for a dynamic system, the deviation between the setpoint and the actual manipulated variable can be resolved using a power series expansion in the now known manner.

Weiter ergibt sich dann ebenfalls die Möglichkeit, aus dem momentenerzeugenden Funktional ein kumulantenerzeugendes Funktional herzuleiten. Die korrespondierende Möglichkeit, auch diesen Ausdruck der Regelung zugrunde zu legen, besteht in vollständiger Analogie zum instantanen Fall. Die Auffindung eines momentenerzeugenden Funktionals für ein dynamisches System mit einem Regelungsfreiheitsgrad soll im Folgenden dargestellt werden. Dazu betrachten wir ein System, welches durch die folgende Differentialgleichung beschrieben sei x ˙ i s t = h ( x i s t , y i s t )

Figure DE102020116218A1_0039
worin xist den Istwert der Regelgröße und yist den Istwert der Stellgröße darstellen. Wie auch beim instantanen System können weitere Abhängigkeiten auf die Dynamik Einfluss nehmen. Es soll aber auch hier eine gesonderte Notation hierfür unterbleiben. Die Funktion h sei unendlich oft differenzierbar. Wir nehmen an, dass das Regelungsproblem eine eindeutige Lösung besitzt, dass also genau ein yist existiert, welches den Zustand xist dem Sollwert xsoll angleicht. Geben wir die Stellgröße, welche das System auf den Sollwert xsoll einregelt mit ysoll (Sollwert der Stellgröße) an und die zu einem bestimmten Zeitpunkt t vorliegende Stellgröße mit yist, so können wir die Differenz dieser beiden Größen (ebenfalls) durch ξ ausdrücken gemäß y s o l l ( t ) = y i s t ( t ) + ξ ( t ) .
Figure DE102020116218A1_0040
Ist das System vollständig eingeregelt, so folgt aus Gleichung (28) x ˙ s o l l = h ( x s o l l , y s o l l ) .
Figure DE102020116218A1_0041
Bildet man die Differenz aus den Gleichungen (30) und (28), folgt hieraus ζ ˙ = h ( x s o l l , y s o l l ) h ( x i s t , y i s t ) ,
Figure DE102020116218A1_0042
mit der Regelabweichung ζ : = x s o l l x i s t .
Figure DE102020116218A1_0043
Then there is also the possibility of deriving a cumulant-generating functional from the torque-generating functional. The corresponding possibility of also using this expression as a basis for the regulation exists in complete analogy to the instantaneous case. Finding a torque-generating functional for a dynamic system with a degree of freedom of regulation should be in Are shown below. For this we consider a system which is described by the following differential equation x ˙ i s t = H ( x i s t , y i s t )
Figure DE102020116218A1_0039
where x is the actual value of the controlled variable and y is the actual value of the manipulated variable. As with the instantaneous system, further dependencies can influence the dynamics. However, a separate notation for this should also be omitted here. Let the function h be infinitely differentiable. We assume that the control problem has a unique solution that exactly one y exists which x is the state of the target value x to equalize. We provide the manipulated variable, which the system to the set value x to adjusts y to (target value of the manipulated variable), and which is at a certain time t present manipulated variable y, we can express the difference between these two sizes (also) by ξ according to y s O l l ( t ) = y i s t ( t ) + ξ ( t ) .
Figure DE102020116218A1_0040
If the system is fully regulated, then from equation (28) x ˙ s O l l = H ( x s O l l , y s O l l ) .
Figure DE102020116218A1_0041
If one forms the difference from equations (30) and (28), it follows ζ ˙ = H ( x s O l l , y s O l l ) - H ( x i s t , y i s t ) ,
Figure DE102020116218A1_0042
with the control deviation ζ : = x s O l l - x i s t .
Figure DE102020116218A1_0043

Für das Folgende definieren wir das momentenerzeugende Funktional G [ x s o l l , x i s t ; y i s t , ζ ˙ ] = ζ ˙ h ( x s o l l , y s o l l ) h ( x i s t , y i s t ) .

Figure DE102020116218A1_0044
For the following we define the moment-generating functional G [ x s O l l , x i s t ; y i s t , ζ ˙ ] = ζ ˙ H ( x s O l l , y s O l l ) - H ( x i s t , y i s t ) .
Figure DE102020116218A1_0044

Der Ansatz ist hierbei, dieses Verhältnis, d. h. das momentenerzeugende Funktional gemäß Gleichung (32), aus der zeitlichen Ableitung ζ̇ der Regelabweichung ζ und einem korrespondierenden Wert zu bilden, so dass die bei einer darauffolgenden Entwicklung des momentenerzeugenden Funktionals G (Gleichung (32)) in eine Potenzreihe, die dann erhaltenen Ausdrücke die Gestalt der Momente annehmen.The approach here is to use this ratio, i. H. to form the torque-generating functional according to equation (32), from the time derivative ζ̇ of the control deviation ζ and a corresponding value, so that in a subsequent development of the torque-generating function G (equation (32)) into a power series, the expressions then obtained are the Take shape of moments.

Praktisch ergeben sich somit die Ausdrücke im Nenner von Gleichung (32) dadurch, dass eine Unterscheidung zwischen „Soll“ und „Ist“ in der Größe x aufrechterhalten wird, wohingegen die Rechnung auf yist referenziert ist, da letztlich um den Punkt yist entwickelt werden soll. Damit die Terme, die sich nach der Potenzreihenentwicklung ergeben, die mathematische Gestalt von Momenten annehmen, wird der in Gleichung (32) angegebene Nenner gewählt bzw. verwendet.In practice, the expressions in the denominator of equation (32) result from the fact that a distinction between “target” and “actual” is maintained in size x, whereas the calculation is referenced to y ist, since ultimately developed around point y ist shall be. The denominator given in equation (32) is chosen or used so that the terms that result from the expansion of the power series take on the mathematical form of moments.

Im weiteren Verlauf erfolgt nun nach Einsetzen von Gleichung (31) in Gleichung (32) eine Entwicklung in eine Potenzreihe um ξ = 0 unter Verwendung von Gleichung (29).In the further course, after equation (31) has been inserted into equation (32), expansion into a power series around ξ = 0 is carried out using equation (29).

Hieraus ergibt sich die momentenerzeugende Funktion G [ x s o l l , x i s t ; y i s t ; ζ ] = 1 + j = 1 N m j j ! ξ j + m N + 1 ( N + 1 ) ! ξ N + 1 ,

Figure DE102020116218A1_0045
mit dem j-ten Moment der Stellgrößenfunktion m j : = 1 h ( x s o l l , y i s t l ) h ( x i s t , y i s t ) d j [ h ( x s o l l , y i s t + ξ ) h ( x i s t , y i s t ) ] d ξ j | ξ = 0 .
Figure DE102020116218A1_0046
In Gleichung (33) stellt wiederum der letzte Summand R = m N + 1 ( N + 1 ) ! ξ N + 1
Figure DE102020116218A1_0047
das Restglied dar. Man erkennt die mathematische Analogie zwischen Gleichung (33) und dem korrespondierenden Ausdruck für das instantane Regelungsproblem (vgl. Gleichung (24)). Das Nämliche gilt demnach auch in Bezug auf die momentenerzeugende Funktion, wie sie aus der mathematischen Statistik bekannt ist.The torque-generating function results from this G [ x s O l l , x i s t ; y i s t ; ζ ] = 1 + j = 1 N m j j ! ξ j + m N + 1 ( N + 1 ) ! ξ N + 1 ,
Figure DE102020116218A1_0045
with the jth moment of the manipulated variable function m j : = 1 H ( x s O l l , y i s t l ) - H ( x i s t , y i s t ) d j [ H ( x s O l l , y i s t + ξ ) - H ( x i s t , y i s t ) ] d ξ j | ξ = 0 .
Figure DE102020116218A1_0046
In equation (33) again represents the last summand R. = m N + 1 ( N + 1 ) ! ξ N + 1
Figure DE102020116218A1_0047
the remainder. One recognizes the mathematical analogy between equation (33) and the corresponding expression for the instantaneous control problem (cf. equation (24)). This also applies to the torque-generating function as it is known from mathematical statistics.

Somit ist das dynamische Regelungsproblem auf die Bestimmung von ξ zurückgeführt. Mathematisch ist der sich ergebende Ausdruck äquivalent zum instantanen Fall. Mit der Definition der momentenerzeugenden Funktion geht selbstverständlich auch die Möglichkeit der Definition der kumulantenerzeugenden Funktion einher und mit ihr der gesamte Formalismus (Momentenmethode und Kumulantenmethode), der in der vorliegenden Beschreibung (siehe oben) bereits diskutiert wurde, im Zusammenhang mit dem instantanen Regelungsproblem, siehe auch 7. Folgende Anmerkungen sollen hierzu noch gemacht werden:

  • - Die prinzipielle Möglichkeit, dass gelten kann G[·] ≤ 0, stellt keine Einschränkung der erfindungsgemäßen Methode dar, wenn der komplexe Logarithmus und zwar stets derselbe Zweig desselben verwendet wird. Allerdings ergibt sich hierbei ein von Null verschiedener Imaginärteil, der nicht durch eine endliche Summe reeller Terme dargestellt werden kann. Insofern wollen wir die kumulantenerzeugende Funktion ausschließlich für den Fall G[·] > 0 definieren. Da der eingeregelte Zustand durch G[·] = 1 charakterisiert ist, steht allerdings ohnehin zu vermuten, dass eine Entwicklung für G[·] ≤ 0 eine große Anzahl an Termen benötigt, um zu einer guten Abschätzung für ξ zu kommen.
  • - Tatsächlich ist das instantane Regelungsproblem als Grenzfall zum dynamischen Regelungsproblem anzusehen. Anschaulich kann man dies so verstehen, dass im Grenzfall einer langsam veränderlichen Zustandsvariablen der instantane Regelungsfall erfüllt ist. Mathematisch macht man sich diesen Sachverhalt dadurch klar, dass in diesem Grenzfall stets gilt xist << 1. Hiermit folgt aus Gleichung (28) h(xist,yist) ≈ 0. Sofern die Funktion h nun additiv separabel bezüglich xist und yist ist, schreiben wir
h ( x , y ) = : f ( x ) Z ( y ) = 0.
Figure DE102020116218A1_0048
Thus the dynamic control problem is reduced to the determination of ξ. Mathematically, the resulting expression is equivalent to the instantaneous case. The definition of the moment-generating function is of course also accompanied by the possibility of defining the cumulative-generating function and with it the entire formalism (moment method and cumulative method) that has already been discussed in the present description (see above) in connection with the instantaneous control problem, see also 7th . The following comments should be made on this:
  • The possibility in principle that G [·] 0 does not represent a restriction of the method according to the invention if the complex logarithm and, in fact, always the same branch thereof is used. However, this results in an imaginary part different from zero, which cannot be represented by a finite sum of real terms. In this respect, we want to define the function generating the cumulative exclusively for the case G [·]> 0. Since the regulated state is characterized by G [·] = 1, it can be assumed that a development for G [·] ≤ 0 requires a large number of terms in order to arrive at a good estimate for ξ.
  • - In fact, the instantaneous control problem is to be seen as a borderline case to the dynamic control problem. This can be clearly understood in such a way that in the borderline case of a slowly changing state variable, the instantaneous control case is fulfilled. Mathematically, this fact makes you look thereby clear that in this limit always applies x << 1. This follows from equation (28) h (x, y) ≈ 0. If the function h now additively separable with respect to x and y is is, we write
H ( x , y ) = : f ( x ) - Z ( y ) = 0.
Figure DE102020116218A1_0048

Hiermit sind wir auf die Definitionsgleichung (vgl. Gleichung (1)) für das instantane Regelungsproblem zurückgeführt.This brings us back to the definition equation (cf. equation (1)) for the instantaneous control problem.

Wie in 7 in einem Wirkungsplan gezeigt, ergibt sich eine zu beeinflussende Größe x bzw. xist durch Einwirkung einer Stellgröße ysoll bzw. yist auf eine von Störgrößen u beeinflusste Strecke.As in 7th Shown in an action plan, a variable x or x ist to be influenced results from the action of a manipulated variable y soll or y ist on a path influenced by disturbance variables u.

Gemäß 7 entspricht der (aktuelle) Istwert der Stellgröße yist dem Sollwert der Stellgröße ysoll gemäß dem jeweils vorherigen Rechenschritt. In 7 sind diese beiden Größen lediglich aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit gleichgesetzt.According to 7th is intended corresponds to the (current) actual value of the manipulated variable y is the target value of the manipulated variable y in accordance with the respective previous computation step. In 7th these two sizes are only equated for reasons of clarity.

Gemäß dem Wirkungsplan in 7 erfolgt erfindungsgemäß in einem spezifischen Betriebspunkt (des dynamischen technischen Systems) zunächst die Bildung der Abweichung ζ := xsoll - xist zwischen Sollwert xsoll und dem Istwert der Regelgröße xist (also der Regelabweichung). Durch eine Differentiation wird anschließend die zeitliche Ableitung ζ̇ der Abweichung ̇ζ (also der Regelabweichung) bereitgestellt (also dζ/dt).According to the action plan in 7th According to the invention, the deviation ζ: = x soll - x ist between the setpoint x soll and the actual value of the controlled variable x ist (i.e. the control deviation) is initially formed at a specific operating point (of the dynamic technical system). The time derivative ζ̇ of the deviation ̇ζ (i.e. the control deviation) is then provided by a differentiation (i.e. dζ / dt).

Im weiteren Verlauf erfolgt die Bildung des momentenerzeugenden Funktionals G bzw. dessen Wertes g im spezifischen Betriebspunkt gemäß Gleichung (32). In Analogie zu 3 können auch im vorliegenden (dynamischen) Fall die Momentenmethode und die Kumulantenmethode für einen Betrieb bzw. eine Steuerung und/oder Regelung eines technischen Systems kombiniert werden.In the further course of the process, the torque-generating functional G or its value g is formed at the specific operating point according to equation (32). In analogy to 3 In the present (dynamic) case, the torque method and the cumulative method can also be combined for operation or control and / or regulation of a technical system.

Dabei kann eine Auswahl erfolgen, ob die Differenz ξ gemäß Gleichung (29), die zur Bildung einer auf eine von Störgrößen u beeinflussten Strecke einwirkenden Stellgröße ysoll bzw. yist herangezogen bzw. verwendet wird, einer Differenz ζMom entspricht, die mittels eines ersten Solvers (SolverMom), d. h. mittels der Momentenmethode/eines ersten Verfahrens zur Bereitstellung der Differenz ξ bzw. ζMom bereitgestellt wird oder einer Differenz ζKum entspricht, die mittels eines zweiten Solvers (SolverKum), d. h. mittels der Kumulantenmethode/mittels eines zweiten Verfahrens zur Bereitstellung der Differenz ξ bzw. ζKum bereitgestellt wird.A selection can be made as to whether the difference ξ according to equation (29), which is to be used or y is used to form a manipulated variable y acting on a path influenced by disturbance variables u. is used, corresponds to a difference ζ Mom , which is provided by means of a first solver (SolverMom), ie by means of the moment method / a first method for providing the difference ξ or ζ Mom , or corresponds to a difference ζ Kum , which is provided by means of a second solver ( SolverKum), ie using the cumulative method / using a second method for providing the difference Bereitstellung or ζ Kum .

Zu diesem Zweck werden zunächst die Größen ζMom, bzw. ζKum, wie im Vorhergehenden beschrieben, jeweils im Rahmen der Momenten-, bzw. der Kumulantenmethode für den vorliegenden Betriebspunkt mittels einer Potenzreihe der Ordnung N (streng genommen können die jeweils berücksichtigten Ordnungen der Momenten- und der Kumulantenmethode jeweils differieren) bestimmt. Die somit bereitstehenden Größen ζMom, bzw. ζKum werden sodann an die Hierarchie Auswahl übergeben. In dieser Hierarchie erfolgt nun die Auswertung der jeweiligen Restglieder der bei der Ermittlung von ζMom, bzw. ζKum verwendeten Potenzreihen, wobei ζ mit demjenigen Wert ζMom oder ζKum gleichgesetzt wird, der mit dem betragsmäßig kleineren Restglied verknüpft ist. Mit anderen Worten, es wird folgende Vorschrift verwendet: ξ = { ξ Mom , falls | m N + 1 ( N + 1 ) ! ξ N + 1 | | k N + 1 ( N + 1 ) ! ξ Kum N + 1 | ξ Kum , falls | m N + 1 ( N + 1 ) ! ξ N + 1 | > | k N + 1 ( N + 1 ) ! ξ Kum N + 1 | ,

Figure DE102020116218A1_0049
worin kN+1 die (N + 1)-ste Kumulante des dynamischen Regelungsproblems darstellt. Die Berechnung der Kumulanten erfolgt analog zum instantanen Fall und ist durch k l = l ln  G ξ l | ξ = 0
Figure DE102020116218A1_0050
gegeben. Das (N + 1)-te Moment berechnet sich wie in Gleichung (34) demonstriert. Durch eine Beaufschlagung der so ermittelten Differenz ξ mit dem tatsächlichen Wert der aktuellen Stellgröße, welche dem Sollwert der Stellgröße ysoll gemäß dem vorherigen Rechenschritt entspricht, wird ein aktueller Sollwert der Stellgröße ysoll gebildet, der nunmehr auf die Strecke einwirkt, so dass die zu beeinflussende Größe x bzw. xist (Regelgröße) durch Einwirkung der Stellgröße ysoll bzw. yist auf die Strecke der Führungsgröße xsoll entspricht bzw. sich dieser Vorgabe angleicht.For this purpose, the quantities ζ Mom or ζ Kum , as described above, are first used in the context of the torque or cumulative method for the operating point by means of a power series of order N (strictly speaking, the respective orders of the The moment and the cumulative method differ). The quantities ζ Mom and ζ Cum that are thus available are then transferred to the selection hierarchy. In this hierarchy, the evaluation of the respective remaining links of the associated with the smaller absolute residual limb in the calculation of ζ Mom, or ζ Kum power series used, where ζ is with that value ζ Mom or ζ Kum equated now be made. In other words, the following rule is used: ξ = { ξ Mom , if | m N + 1 ( N + 1 ) ! ξ N + 1 | | k N + 1 ( N + 1 ) ! ξ Cum N + 1 | ξ Cum , if | m N + 1 ( N + 1 ) ! ξ N + 1 | > | k N + 1 ( N + 1 ) ! ξ Cum N + 1 | ,
Figure DE102020116218A1_0049
where k N + 1 represents the (N + 1) th cumulant of the dynamic control problem. The calculation of the cumulants is analogous to the instantaneous case and is through k l = l ln G ξ l | ξ = 0
Figure DE102020116218A1_0050
given. The (N + 1) th moment is calculated as demonstrated in equation (34). By applying the determined difference der with the actual value of the current manipulated variable, which corresponds to the setpoint of the manipulated variable y soll according to the previous calculation step, a current setpoint of the manipulated variable y soll is formed, which now acts on the route so that the to Influencing variable x or x ist (controlled variable) through the action of the manipulated variable y soll or y ist on the path corresponds to the reference variable x soll or is adapted to this specification.

Wie auch im instantanen Fall angemerkt, erfordert die Berechnung von ζKum und die in der Auswahl vorgenommene Restgliedabschätzung keine gesonderte Berechnung der dargestellten Differentiationen. Vielmehr können die Kumulanten durch Kombination der Momente erhalten werden. Somit kann durch eine gezielte Auswahl zwischen den beiden Methoden eine hohe Ordnung N bei der Entwicklung vermieden werden, wodurch vergleichsweise einfache Ausdrücke bei der Auswertung verwendet werden können, ohne dass Einbußen bei der Regelgüte hingenommen werden müssen, wie oben beschrieben. Der hierbei von der Rechenmaschine zu leistende Rechenaufwand kann hiermit geringgehalten werden. Insbesondere ergibt sich durch die erfindungsgemäße Kombination der beiden Methoden häufig eine Anwendbarkeit in Betriebsbereichen, die von einer der beiden Methoden allein in aller Regel nicht dargestellt werden könnte. Durch die Berechnung der Kumulanten aus den Momenten wird dieser Zugewinn durch einen sehr geringen rechentechnischen Mehraufwand erkauft.As noted in the instantaneous case, the calculation of ζ Cum and the residual term estimate made in the selection do not require a separate calculation of the differentiations shown. Rather, the cumulants can be obtained by combining the moments. A high order N can thus be avoided during development through a targeted selection between the two methods, which means that comparatively simple expressions can be used in the evaluation without having to accept losses in the control quality, as described above. The computing effort to be performed by the computing machine can hereby be kept low. In particular, the combination according to the invention of the two methods often results in an applicability in operational areas which, as a rule, could not be represented by one of the two methods alone. By calculating the cumulative values from the moments, this gain is bought at the cost of a very small additional computational effort.

Zusammengefasst besteht die prinzipielle Funktionsweise der kombinierten Momenten-KumulantenMethode darin, dass aus der funktionalen Beziehung f ( x ) = Z ( y )

Figure DE102020116218A1_0051
die momentenerzeugende Funktion in Stellglieddarstellung (Hier ist beispielhaft nur die Stellgrößendarstellung veranschaulicht.) berechnet werden kann G S ( y i s t , ξ ) : = Z ( y i s t + ξ ) Z ( y i s t ) ,
Figure DE102020116218A1_0052
wobei der Wert gS der Funktion im betrachteten Betriebspunkt nach Voraussetzung bekannt ist. Sodann entwickelt man die momentenerzeugende Funktion in eine Potenzreihe nach ζ. Hiermit ergibt sich letztlich G S = 1 Z ( y i s t ) j = 0 N d j Z ( y i s t ) d y i s t i ξ j j ! + R G , N , S ξ N + 1 .
Figure DE102020116218A1_0053
In summary, the principle functionality of the combined moment-cumulative method consists in that from the functional relationship f ( x ) = Z ( y )
Figure DE102020116218A1_0051
the torque-generating function in the actuator representation (only the manipulated variable representation is shown here as an example) can be calculated G S. ( y i s t , ξ ) : = Z ( y i s t + ξ ) Z ( y i s t ) ,
Figure DE102020116218A1_0052
where the value g S of the function at the operating point under consideration is known according to the assumption. The moment-generating function is then expanded into a power series according to ζ. This ultimately results G S. = 1 Z ( y i s t ) j = 0 N d j Z ( y i s t ) d y i s t i ξ j j ! + R. G , N , S. ξ N + 1 .
Figure DE102020116218A1_0053

Die Lösung des Regelungsproblems besteht nun darin, die Potenzreihe bei einer Ordnung N abzubrechen, bei welcher die entstehende Gleichung noch nach ζ aufgelöst werden kann.The solution to the control problem now consists in breaking off the power series at an order N at which the resulting equation can still be solved for ζ.

Die mathematische Struktur der Potenzreihenentwicklung zeigt eine formale Analogie zu derjenigen einer momentenerzeugenden Funktion, wie sie in der mathematischen Statistik häufig zur Anwendung kommt. Aufgrund dessen wird nahegelegt, zusätzlich zur momentenerzeugenden Funktion auch eine kumulantenerzeugende Funktion F := In G zu definieren. Für diese kann ebenfalls wiederum eine Potenzreihenentwicklung vorgenommen werden. Die Idee hinter diesem Ansatz besteht darin, dass die Reihenentwicklung für die kumulantenerzeugende Funktion ein Konvergenzverhalten aufweist, welches von demjenigen der momentenerzeugenden Funktion abweicht. Aufgrund des Restgliedvergleichs kann dann entschieden werden, welche Potenzreihe tatsächlich bessere Approximation im betrachteten Betriebspunkt darstellt. Somit wird der Anwendungsbereich der Regelungsmethode gegenüber einem einfachen Potenzreihenansatz erweitert, da die Verlässlichkeit der Methode die Konvergenz nur einer Methode fordert.The mathematical structure of the power series expansion shows a formal analogy to that of a moment-generating function, as it is often used in mathematical statistics. Because of this, it is suggested to define a cumulant-generating function F: = In G in addition to the torque-generating function. A power series expansion can also be carried out for this. The idea behind this approach is that the series expansion for the cumulant-generating function exhibits a convergence behavior which deviates from that of the torque-generating function. Based on the comparison of the remaining terms, it can then be decided which power series actually represents a better approximation in the operating point under consideration. Thus, the application range of the control method is expanded compared to a simple power series approach, since the reliability of the method requires the convergence of only one method.

Aus rechentechnischer Sicht können darüber hinaus die Kumulanten k und Momente m algebraisch ineinander überführt werden gemäß k l = j = 1 l ( 1 ) j + 1 ( j 1 ) ! B l , j ( m 1 , m 2 , , m l ) ,

Figure DE102020116218A1_0054
beziehungsweise m l = B l ( k 1 , k 2 , , k l ) ,
Figure DE102020116218A1_0055
worin B die jeweiligen vollständigen Bell-Polynome darstellt.From a computational point of view, the cumulants k and moments m can also be algebraically converted into one another according to k l = j = 1 l ( - 1 ) j + 1 ( j - 1 ) ! B. l , j ( m 1 , m 2 , ... , m l ) ,
Figure DE102020116218A1_0054
respectively m l = B. l ( k 1 , k 2 , ... , k l ) ,
Figure DE102020116218A1_0055
where B represents the respective complete Bell polynomials.

Weiterführende Erkenntnisse können wie folgt formuliert werden. Vom mathematischen Standpunkt gesehen, liegt das unterschiedliche Konvergenzverhalten der Potenzreihen darin begründet, dass verschiedene Funktionen entwickelt werden. Dies hat jeweils mit dem Grad der Nichtlinearität des Systems zu tun. Anschaulich macht man sich das anhand des Beispiels klar, dass die Ordnung der Potenzreihe als N = 1 gewählt wird. Weist nun die Funktion Z(y) beispielsweise ein stark überproportionales Verhalten im betrachteten Betriebspunkt auf (durchgezogene Linie), so wird eine vergleichsweise „steile“ Funktion durch eine Gerade (gestrichelt) approximiert (siehe lineare Approximation der Funktion G(ζ) schematisch in 8a anhand der Funktion Z(y) = exp[y + y2] im Betriebspunkt y = 1). Demgegenüber wird durch das Logarithmieren bei der Bildung der kumulantenerzeugenden Funktion die starke Überproportionalität abgemildert (siehe lineare Approximation der Funktion F(ζ) schematisch 8b).Further findings can be formulated as follows. From a mathematical point of view, the different convergence behavior of the power series is due to the fact that different functions are developed. This has to do with the degree of non-linearity of the system. One can clearly see this using the example that the order of the power series is chosen as N = 1. If the function Z (y) now shows, for example, a strongly disproportionate behavior at the operating point under consideration (solid line), a comparatively "steep" function is approximated by a straight line (dashed) (see linear approximation of the function G (ζ) schematically in 8a using the function Z (y) = exp [y + y 2 ] at the operating point y = 1). On the other hand, taking the logarithm when forming the cumulant generating function mitigates the strong overproportionality (see the linear approximation of the function F (ζ) schematically 8b) .

Ist die betrachtete Funktion stattdessen stark unterproportional, dann wird das Logarithmieren diese Tendenz noch verstärken. Aus diesem Grunde erwartet man eine bessere Approximation im Rahmen der momentenerzeugenden Funktion als für die kumulantenerzeugende Funktion. Das ist jeweils für die Funktion Z(y) = ln[y + y2] schematisch in 9a und 9b veranschaulicht.If the function under consideration is instead strongly disproportionate, then taking the logarithm will reinforce this tendency. For this reason, one expects a better approximation in the context of the torque generating function than for the cumulant generating function. This is in each case schematically for the function Z (y) = ln [y + y 2 ] 9a and 9b illustrated.

Eine Verallgemeinerung der momentenerzeugenden und kumulantenerzeugenden Funktionen bzw. eine mögliche Verallgemeinerung der oben diskutierten Methode besteht in folgendem Ansatz.A generalization of the torque-generating and cumulant-generating functions or a possible generalization of the method discussed above consists in the following approach.

Anstelle der momentenerzeugenden Funktion G definieren wir die erzeugende Funktion H(0) nullter „Stufe“ durch H ( 0 ) = ( ξ ) : = G ( ξ ) 1.

Figure DE102020116218A1_0056
Instead of the torque generating function G, we define the generating function H (0) zeroth “level” H ( 0 ) = ( ξ ) : = G ( ξ ) - 1.
Figure DE102020116218A1_0056

In dieser Notation entspräche dann die kumulantenerzeugende Funktion dem folgenden Ausdruck F ( ξ ) = ln [ 1 + H ( 0 ) ( ξ ) ] .

Figure DE102020116218A1_0057
In this notation, the cumulant-generating function would then correspond to the following expression F. ( ξ ) = ln [ 1 + H ( 0 ) ( ξ ) ] .
Figure DE102020116218A1_0057

Daher definieren wir die rechte Seite dieser Gleichung in der neuen Notation. Hieraus ergibt sich H ( 1 ) ( ξ ) = ln [ 1 + H ( 0 ) ( ξ ) ] .

Figure DE102020116218A1_0058
Therefore we define the right side of this equation in the new notation. From this it follows H ( - 1 ) ( ξ ) = ln [ 1 + H ( 0 ) ( ξ ) ] .
Figure DE102020116218A1_0058

Nun gibt es aber natürlich keine Notwendigkeit, sich auf die „Stufen“ (0) und (-1) zu beschränken. Stattdessen lässt sich rekursiv schreiben H ( n ) ( ξ ) = ln [ 1 + H ( n + 1 ) ( ξ ) ] .

Figure DE102020116218A1_0059
But of course there is no need to limit yourself to the “levels” (0) and (-1). Instead, you can write recursively H ( n ) ( ξ ) = ln [ 1 + H ( n + 1 ) ( ξ ) ] .
Figure DE102020116218A1_0059

Wie man zeigen kann, bestehen zwischen benachbarten Stufen n und n + 1 ebenfalls die Beziehungen (38) und (39). Zusammenfassend lassen sich diese Beziehungen schreiben durch m l ( n ) = j = 1 l ( 1 ) j + 1 ( j 1 ) ! B l , j ( m 1 ( n + 1 ) , m 2 ( n + 1 ) , , m l ( n + 1 ) )

Figure DE102020116218A1_0060
und m l ( n + 1 ) = B l ( m 1 ( n ) , m 2 ( n ) , , m l ( n ) ) ,
Figure DE102020116218A1_0061
worin die Größe m l ( n )
Figure DE102020116218A1_0062
das I-te Moment der erzeugenden Funktion (n)-ter Stufe darstellt.As can be shown, the relationships (38) and (39) also exist between adjacent levels n and n + 1. In summary, these relationships can be written through m l ( n ) = j = 1 l ( - 1 ) j + 1 ( j - 1 ) ! B. l , j ( m 1 ( n + 1 ) , m 2 ( n + 1 ) , ... , m l ( n + 1 ) )
Figure DE102020116218A1_0060
and m l ( n + 1 ) = B. l ( m 1 ( n ) , m 2 ( n ) , ... , m l ( n ) ) ,
Figure DE102020116218A1_0061
wherein the size m l ( n )
Figure DE102020116218A1_0062
represents the I-th moment of the generating function (n) -th stage.

Somit kann für jede Funktion H(n)(ζ) mit n _ U { 0 }

Figure DE102020116218A1_0063
eine Potenzreihenentwicklung mit jeweils unterschiedlichem Konvergenzverhalten vorgenommen und die jeweils entstehende Funktion nach ζ aufgelöst werden.Thus, for every function H (n) (ζ) with n _ U { 0 }
Figure DE102020116218A1_0063
a power series expansion with different convergence behavior is carried out and the resulting function is resolved according to ζ.

Eine weitere Verallgemeinerung des Vorgehens besteht nun darin, die Logarithmusbildung umzukehren, insofern also Gleichung Fehler! Verweisquelle konnte nicht gefunden werden. generell für n ∈ ℤ für gültig zu erklären, wobei stets zwischen benachbarten Stufen die Beziehungen (38) und (39) gültig sind.A further generalization of the procedure is to reverse the logarithm formation, so that equation error! Reference source not found. generally to be declared valid for n ∈ ℤ, whereby the relations (38) and (39) are always valid between adjacent levels.

Eine Verallgemeinerung der Lösung eines Regelungsproblems (bzw. wie oben bereits aufgeführt) erhalten wir mit der Verallgemeinerung der momenten- und der kumulantenerzeugenden Funktionen unendlich viele Potenzreihenentwicklungen, die sämtlich von unterschiedlichem Konvergenzverhalten sind. Nun möchte man sich diesen Umstand zunutze machen, indem man bereits vor der Berechnung von ζ diejenige Stufe identifiziert, die im Betriebspunkt jeweils das schnellste Konvergenzverhalten aufweist. Als Leitlinie dient hierbei die Erkenntnis, dass die polynominale Approximation umso besser funktioniert, je eher der Funktionsverlauf der betrachteten erzeugten Funktion demjenigen einer Geraden entspricht. Mit anderen Worten, wir suchen die erzeugende Funktion derjenigen Stufe n, die im betrachteten Betriebspunkt die geringste Krümmung aufweist. Die Krümmung lässt sich aber aus dem jeweiligen zweiten Moment h 2 ( n )

Figure DE102020116218A1_0064
der erzeugenden Funktion H(n) n-ter Stufe erhalten, so dass ebenjenes n zu wählen ist, welches im Betriebspunkt mit dem minimalen zweiten Moment korrespondiert.A generalization of the solution of a control problem (or as already mentioned above) we get with the generalization of the moment and the cumulative generating functions of infinitely many power series expansions, all of which have different convergence behavior. Now one would like to take advantage of this fact by identifying the stage that has the fastest convergence behavior at the operating point before the calculation of ζ. The guideline here is the knowledge that the polynomial approximation works better the sooner the function curve of the generated function under consideration corresponds to that of a straight line. In other words, we are looking for the generating function of that stage n which has the smallest curvature at the operating point under consideration. The curvature can be seen from the respective second moment H 2 ( n )
Figure DE102020116218A1_0064
of the generating function H (n) n-th stage, so that the same n is to be selected which corresponds to the minimum second moment at the operating point.

Weiter erhalten wir aus der Beziehung (38) die folgende Gleichung zwischen den zweiten Momenten der erzeugenden Funktionen benachbarter Stufen: h 2 ( n ) = h 2 ( n 1 ) + ( h 1 ( 0 ) ) 2 ,

Figure DE102020116218A1_0065
so dass sich rekursiv h 2 ( n ) = h 2 ( 0 ) + n ( h 1 ( 0 ) ) 2
Figure DE102020116218A1_0066
ergibt.Furthermore, from relation (38) we get the following equation between the second moments of the generating functions of neighboring levels: H 2 ( n ) = H 2 ( n - 1 ) + ( H 1 ( 0 ) ) 2 ,
Figure DE102020116218A1_0065
so that is recursive H 2 ( n ) = H 2 ( 0 ) + n ( H 1 ( 0 ) ) 2
Figure DE102020116218A1_0066
results.

Das zweite Moment n-ter Stufe wird demnach durch eine Gerade in n repräsentiert, deren Steigung durch das erste Moment und deren Ordinatenabschnitt durch das zweite Moment nullter Stufe gegeben ist. Die minimale Krümmung ergibt sich sodann für dasjenige n, für welches die Gleichung (46) eine Nullstelle aufweist. Es gilt also n M i n = h 2 ( 0 ) ( h 1 ( 0 ) ) 2 ,

Figure DE102020116218A1_0067
wobei natürlich zu beachten ist, dass die so angegebene Lösung eine reelle Zahl darstellt, wohingegen die Stufe durch eine ganze Zahl repräsentiert wird.The second moment of the nth level is accordingly represented by a straight line in n, the slope of which is given by the first moment and the ordinate section of which is given by the second moment of the zeroth level. The minimum curvature is then obtained for that n for which equation (46) has a zero. So it applies n M. i n = - H 2 ( 0 ) ( H 1 ( 0 ) ) 2 ,
Figure DE102020116218A1_0067
Of course, it should be noted that the solution given in this way represents a real number, whereas the level is represented by an integer.

Aus diesem Grunde bestimmt sich die Stufe, welche die geringste Krümmung aufweist, durch die Ceil- oder die Floor-Funktion gemäß n M i n = { h 2 ( 0 ) ( h 1 ( 0 ) ) 2 für | h 2 ( 0 ) ( h 1 ( 0 ) ) 2 h 2 ( 0 ) ( h 1 ( 0 ) ) 2 | | h 2 ( 0 ) ( h 1 ( 0 ) ) 2 h 2 ( 0 ) ( h 1 ( 0 ) ) 2 | h 2 ( 0 ) ( h 1 ( 0 ) ) 2 für | h 2 ( 0 ) ( h 1 ( 0 ) ) 2 h 2 ( 0 ) ( h 1 ( 0 ) ) 2 | > | h 2 ( 0 ) ( h 1 ( 0 ) ) 2 h 2 ( 0 ) ( h 1 ( 0 ) ) 2 | .

Figure DE102020116218A1_0068
For this reason, the step with the smallest curvature is determined by the ceil or floor function n M. i n = { - H 2 ( 0 ) ( H 1 ( 0 ) ) 2 For | H 2 ( 0 ) ( H 1 ( 0 ) ) 2 - H 2 ( 0 ) ( H 1 ( 0 ) ) 2 | | H 2 ( 0 ) ( H 1 ( 0 ) ) 2 - H 2 ( 0 ) ( H 1 ( 0 ) ) 2 | - H 2 ( 0 ) ( H 1 ( 0 ) ) 2 For | H 2 ( 0 ) ( H 1 ( 0 ) ) 2 - H 2 ( 0 ) ( H 1 ( 0 ) ) 2 | > | H 2 ( 0 ) ( H 1 ( 0 ) ) 2 - H 2 ( 0 ) ( H 1 ( 0 ) ) 2 | .
Figure DE102020116218A1_0068

Nachdem die Stufe minimaler Krümmung auf diesem Wege bestimmt wurde, kann die zugehörige Potenzreihe bei einer Ordnung N abgebrochen werden, die eine Auflösung nach ζ analytisch erlaubt und hiermit die neue Stellgröße berechnet werden. Die zugehörige Potenzreihe ist in diesem Fall diejenige, die die schnellste Konvergenz aller Teilreihen (SKAT) zeigt und daher die beste Approximation an die tatsächlich nichtlineare Funktion Z(y) in der betrachteten Ordnung repräsentiert, so dass die Güte der hiermit gefundenen Lösung der einfachen Momenten-Kumulanten-Methode überlegen ist.After the level of minimum curvature has been determined in this way, the associated power series can be terminated at an order N, which analytically allows a resolution according to ζ and the new manipulated variable can be calculated with this. In this case, the associated power series is the one that shows the fastest convergence of all sub-series (SKAT) and therefore represents the best approximation to the actually nonlinear function Z (y) in the order under consideration, so that the quality of the solution of the simple moments found with it -Cumulant method is superior.

Zuletzt können zur Minimierung von Fluktuationen noch jeweils die Potenzreihen benachbarter Stufen zur Lösung des Problems herangezogen werden, so dass eine nachgelagerte Restgliedabschätzung das Auffinden der betriebspunktabhängigen Lösung des Regelungsproblems durchgeführt werden kann. Unterlässt man dies, so zeigt die SKAT-Methode eine höhere Regelgüte bei reduziertem Rechenaufwand (es muss nur eine Potenzreihengleichung nach ζ aufgelöst werden. Die Bestimmung von nMin fällt demgegenüber numerisch günstig aus). Führt man zusätzlich die Verifizierung gemäß der Restgliedabschätzung durch, so steigt zwar der rechentechnische Aufwand, das Verfahren ist dann aber in jedem Fall von höherer Regelgüte und stabiler gegen Fluktuationen.Finally, in order to minimize fluctuations, the power series of adjacent stages can be used to solve the problem, so that a subsequent residual term estimate can be used to find the operating point-dependent solution of the control problem. If this is not done, the SKAT method shows a higher control quality with less computational effort (only a power series equation has to be solved for ζ. In contrast, the determination of n Min is numerically favorable). If the verification is also carried out in accordance with the remaining term estimate, the computational effort increases, but the method is then in any case of higher control quality and more stable against fluctuations.

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • DE 19634923 A1 [0002]DE 19634923 A1 [0002]
  • DE 102016124652 B3 [0049]DE 102016124652 B3 [0049]

Zitierte Nicht-PatentliteraturNon-patent literature cited

  • DIN IEC 60050-351 [0010]DIN IEC 60050-351 [0010]

Claims (12)

Verfahren zum Betreiben eines technischen Systems, - wobei eine Führungsgröße (xsoll) vorgegeben wird und sich eine zu beeinflussende Größe (xist) durch Einwirkung einer Stellgröße (ysoll, yist) auf eine von Störgrößen (u) beeinflusste Strecke ergibt, - wobei in einem spezifischen Betriebspunkt des technischen Systems anhand einer Sollregelgrößenfunktion f(xsoll) und einer Iststellgrößenfunktion Z(yist) oder anhand einer Sollregelgrößenfunktion f(xsoll) und einer Istregelgrößenfunktion ƒ(xist) ein momentenerzeugendes Funktional (GS, GR) unter Berücksichtigung einer Differenz (ζ) zwischen dem Istwert einer Stellgröße (yist) und dem Sollwert einer Stellgröße (ysoll) gebildet wird, - wobei anhand der Entwicklung des momentenerzeugenden Funktionals (Gs, GR) in eine Potenzreihe, bis zu einer Ordnung N ein Polynom bereitgestellt wird, das nach der Differenz (ξ) aufgelöst wird, sodass die Differenz (ξ) bereitgestellt wird, - wobei in Abhängigkeit der Differenz (ξ) und dem Istwert der Stellgröße (yist), gemäß ξ = y s o l l y i s t
Figure DE102020116218A1_0069
ein aktueller Sollwert der Stellgröße (ysoll) gebildet wird und in Abhängigkeit von dem aktuellen Sollwert der Stellgröße (ysoll) auf die Strecke eingewirkt wird, so dass die zu beeinflussende Größe (xist) der Führungsgröße (xsoll) entspricht oder sich dieser Vorgabe angleicht.
Method for operating a technical system, - whereby a reference variable (x soll ) is specified and a variable to be influenced (x ist ) results from the action of a manipulated variable (y soll , y ist ) on a route influenced by disturbance variables (u), - with a torque-generating function (G S , G R ) at a specific operating point of the technical system based on a setpoint controlled variable function f (x soll ) and an actual manipulated variable function Z (y ist ) or on the basis of a setpoint controlled variable function f (x soll ) and an actual controlled variable function ƒ (x ist ) ) taking into account a difference (ζ) between the actual value of a manipulated variable (y ist ) and the setpoint of a manipulated variable (y soll ) is formed, - based on the development of the torque-generating functional (Gs, G R ) in a power series, up to one Order N a polynomial is provided that is resolved for the difference (ξ) so that the difference (ξ) is provided, - where depending on the difference (ξ) un d according to the actual value of the manipulated variable (y ist ) ξ = y s O l l - y i s t
Figure DE102020116218A1_0069
a current setpoint of the manipulated variable (y soll ) is formed and the path is acted upon depending on the current setpoint of the manipulated variable (y soll ) so that the variable to be influenced (x ist ) corresponds to or is equal to the reference variable (x soll ) Adjusts default.
Verfahren nach Patentanspruch 1, - wobei eine Führungsgröße (xsoll) vorgegeben wird und sich eine zu beeinflussende Größe (xist) durch Einwirkung einer Stellgröße (ysoll, yist) auf eine von Störgrößen (u) beeinflusste Strecke ergibt, - wobei in einem spezifischen Betriebspunkt des technischen Systems die Bildung des Quotienten aus einer Sollregelgrößenfunktion ƒ(xsoll) und einer Iststellgrößenfunktion Z(yist) erfolgt, so dass das momentenerzeugende Funktional (Gs) gemäß der Gleichung f ( x soll ) Z ( y i s t ) = Z ( y i s t + ξ ) Z ( y i s t ) = : G S [ x soll ( y ist , ξ ) , y ist ]
Figure DE102020116218A1_0070
bereitsteht, wobei (ζ) die Differenz zwischen dem Istwert der Stellgröße (yist) und dem Sollwert der Stellgröße (ysoll) ist, - wobei anhand der Entwicklung des momentenerzeugenden Funktionals (GS) in eine Potenzreihe, bis zu einer Ordnung N ein Polynom G S [ x s o l l ( y ist , ξ ) , x ist ] = 1 Z ( y ist ) j = 0 N d j Z ( y ist ) dy ist j ξ j j ! + 1 Z ( y ist ) d N + 1 Z ( y ist ) d y ist N + 1 ξ N + 1 ( N + 1 ) !
Figure DE102020116218A1_0071
bereitsteht, das unter Vernachlässigung des Restgliedes nach der Differenz (ξ) aufgelöst wird, sodass die Differenz (ξ) bereitgestellt wird, - wobei in Abhängigkeit der Differenz (ξ) und dem Istwert der Stellgröße (yist), gemäß ξ = y s o l l y i s t
Figure DE102020116218A1_0072
ein aktueller Sollwert der Stellgröße (ysoll) gebildet wird und in Abhängigkeit von dem aktuellen Sollwert der Stellgröße (ysoll) auf die Strecke eingewirkt wird, so dass die zu beeinflussende Größe (xist) der Führungsgröße (xsoll) entspricht oder sich dieser Vorgabe angleicht.
Procedure according to Claim 1 , - where a reference variable (x soll ) is specified and a variable (x ist ) to be influenced results from the action of a manipulated variable (y soll , y ist ) on a path influenced by disturbance variables (u), - where in a specific operating point of the technical system, the formation of the quotient from a target controlled variable function ƒ (x soll ) and an actual manipulated variable function Z (y ist ) takes place, so that the torque-generating functional (Gs) according to the equation f ( x should ) Z ( y i s t ) = Z ( y i s t + ξ ) Z ( y i s t ) = : G S. [ x should ( y is , ξ ) , y is ]
Figure DE102020116218A1_0070
is available, where (ζ) is the difference between the actual value of the manipulated variable (y is ) and the nominal value of the manipulated variable (y soll ), - where based on the development of the torque-generating functional (G S ) in a power series, up to an order N. polynomial G S. [ x s O l l ( y is , ξ ) , x is ] = 1 Z ( y is ) j = 0 N d j Z ( y is ) dy is j ξ j j ! + 1 Z ( y is ) d N + 1 Z ( y is ) d y is N + 1 ξ N + 1 ( N + 1 ) !
Figure DE102020116218A1_0071
standing, the precipitate is dissolved with neglect of the residual limb to the difference (ξ) such that the difference (ξ) is provided, - wherein in dependence on the difference (ξ) and the actual value of the manipulated variable (y), according to ξ = y s O l l - y i s t
Figure DE102020116218A1_0072
a current setpoint of the manipulated variable (y soll ) is formed and the path is acted upon depending on the current setpoint of the manipulated variable (y soll ) so that the variable to be influenced (x ist ) corresponds to or is equal to the reference variable (x soll ) Adjusts default.
Verfahren nach Patentanspruch 1, - wobei eine Führungsgröße (xsoll) vorgegeben wird und sich eine zu beeinflussende Größe (xist) durch Einwirkung einer Stellgröße (ysoll, yist) auf eine von Störgrößen (u) beeinflusste Strecke ergibt, - wobei in einem spezifischen Betriebspunkt des technischen Systems die Bildung des Quotienten aus einer Sollregelgrößenfunktion f(xsoll) und einer Istregelgrößenfunktion ƒ(xist) erfolgt, so dass das momentenerzeugende Funktional (GR) gemäß der Gleichung G R [ x s o l l ( y ist , ξ ) , x ist ] : = f ( x soll ) f ( x ist ) = Z ( y ist + ξ ) f ( x ist )
Figure DE102020116218A1_0073
bereitsteht, wobei (ζ) die Differenz zwischen dem Istwert der Stellgröße (yist) und dem Sollwert der Stellgröße (ysoll) ist, - wobei anhand der Entwicklung des momentenerzeugenden Funktionals (GR) in eine Potenzreihe bis zu einer Ordnung N ein Polynom G R [ x s o l l ( y ist , ξ ) , x ist ] = 1 f ( x ist ) j = 0 N d j Z ( y ist ) dy ist j ξ j j ! + 1 f ( x ist ) d N + 1 Z ( y ist ) d y ist N + 1 ξ N + 1 ( N + 1 ) ! ,
Figure DE102020116218A1_0074
bereitsteht, das unter Vernachlässigung des Restgliedes nach der Differenz (ξ) aufgelöst wird, sodass die Differenz (ξ) bereitgestellt wird, - wobei in Abhängigkeit der Differenz (ξ) und dem Istwert der Stellgröße (yist), gemäß ξ = y s o l l y i s t
Figure DE102020116218A1_0075
ein aktueller Sollwert der Stellgröße (ysoll) gebildet wird und in Abhängigkeit von dem aktuellen Sollwert der Stellgröße (ysoll) auf die Strecke eingewirkt wird, so dass die zu beeinflussende Größe (xist) der Führungsgröße (xsoll) entspricht oder sich dieser Vorgabe angleicht.
Procedure according to Claim 1 , - where a reference variable (x soll ) is specified and a variable (x ist ) to be influenced results from the action of a manipulated variable (y soll , y ist ) on a path influenced by disturbance variables (u), - where in a specific operating point of the technical system, the formation of the quotient from a target controlled variable function f (x soll ) and an actual controlled variable function ƒ (x ist ) takes place, so that the torque-generating functional (G R ) according to the equation G R. [ x s O l l ( y is , ξ ) , x is ] : = f ( x should ) f ( x is ) = Z ( y is + ξ ) f ( x is )
Figure DE102020116218A1_0073
is available, where (ζ) is the difference between the actual value of the manipulated variable (y is ) and the setpoint of the manipulated variable (y soll ), - where based on the development of the torque-generating functional (G R ) in a power series up to an order N is a polynomial G R. [ x s O l l ( y is , ξ ) , x is ] = 1 f ( x is ) j = 0 N d j Z ( y is ) dy is j ξ j j ! + 1 f ( x is ) d N + 1 Z ( y is ) d y is N + 1 ξ N + 1 ( N + 1 ) ! ,
Figure DE102020116218A1_0074
standing, the precipitate is dissolved with neglect of the residual limb to the difference (ξ) such that the difference (ξ) is provided, - wherein in dependence on the difference (ξ) and the actual value of the manipulated variable (y), according to ξ = y s O l l - y i s t
Figure DE102020116218A1_0075
a current setpoint of the manipulated variable (y soll ) is formed and the path is acted upon depending on the current setpoint of the manipulated variable (y soll ) so that the variable to be influenced (x ist ) corresponds to or is equal to the reference variable (x soll ) Adjusts default.
Verfahren zum Betreiben eines technischen Systems, wobei - eine Führungsgröße (xsoll) vorgegeben wird und sich eine zu beeinflussende Größe (xist) durch Einwirkung einer Stellgröße (ysoll, yist) auf eine von Störgrößen (u) beeinflusste Strecke ergibt, - in einem spezifischen Betriebspunkt des technischen Systems die Bildung einer Abweichung (ζ) zwischen Führungsgröße (xsoll) und zu beeinflussender Größe (xist) erfolgt, - die zeitliche Ableitung (dζ/dt) der Abweichung (ζ) bereitgestellt wird, - die Bildung des momentenerzeugenden Funktionals (G) gemäß der Gleichung G [ x s o l l , x i s t ; y i s t , ζ ˙ ] = ζ ˙ h ( x s o l l , y i s t ) h ( x i s t , y i s t )
Figure DE102020116218A1_0076
erfolgt, - wobei das momentenerzeugende Funktional (G) unter Verwendung von y s o l l ( t ) = y i s t ( t ) + ξ ( t )
Figure DE102020116218A1_0077
in eine Potenzreihe N-ter Ordnung um ζ = 0 entwickelt wird, wobei (ζ) die Differenz zwischen dem Istwert der Stellgröße (yist) und dem Sollwert der Stellgröße (ysoll) ist, so dass G [ x s o l l , x i s t ; y i s t ; ζ ] = 1 + j = 1 N m j j ! ξ j + m N + 1 ( N + 1 ) ! ξ N + 1 ,
Figure DE102020116218A1_0078
bereitsteht, - die erhaltene Potenzreihe unter Vernachlässigung des Restgliedes nach der Differenz (ξ) aufgelöst wird, so dass die Differenz (ξ) bereitgestellt wird, - in Abhängigkeit der Differenz (ξ) und dem Istwert der Stellgröße (yist), gemäß ξ ( t ) = y s o l l ( t ) y i s t ( t )
Figure DE102020116218A1_0079
ein aktueller Sollwert der Stellgröße (ysoll) gebildet wird und in Abhängigkeit von dem aktuellen Sollwert der Stellgröße (ysoll) auf die Strecke eingewirkt wird, so dass die zu beeinflussende Größe (xist) der Führungsgröße (xsoll) entspricht oder sich dieser Vorgabe angleicht.
Method for operating a technical system, whereby - a reference variable (x soll ) is specified and a variable to be influenced (x ist ) results from the effect of a manipulated variable (y soll , y ist ) on a route influenced by disturbance variables (u), - in a specific operating point of the technical system, the formation of a deviation (ζ) between the reference variable (x soll) and influencing variable (x) is carried out, - the time derivative (dζ / dt) of the deviation (ζ) is provided, - the formation of the torque-generating functional (G) according to the equation G [ x s O l l , x i s t ; y i s t , ζ ˙ ] = ζ ˙ H ( x s O l l , y i s t ) - H ( x i s t , y i s t )
Figure DE102020116218A1_0076
takes place, - the torque-generating functional (G) using y s O l l ( t ) = y i s t ( t ) + ξ ( t )
Figure DE102020116218A1_0077
is expanded into a power series of the Nth order around ζ = 0, where (ζ) is the difference between the actual value of the manipulated variable (y ist ) and the nominal value of the manipulated variable (y soll ), so that G [ x s O l l , x i s t ; y i s t ; ζ ] = 1 + j = 1 N m j j ! ξ j + m N + 1 ( N + 1 ) ! ξ N + 1 ,
Figure DE102020116218A1_0078
is ready, - the power series obtained, neglecting the remainder of the term, is resolved for the difference (ξ), so that the difference (ξ) is made available, - as a function of the difference (ξ) and the actual value of the manipulated variable (y ist ), according to ξ ( t ) = y s O l l ( t ) - y i s t ( t )
Figure DE102020116218A1_0079
a current setpoint of the manipulated variable (y soll ) is formed and the path is acted upon depending on the current setpoint of the manipulated variable (y soll ) so that the variable to be influenced (x ist ) corresponds to or is equal to the reference variable (x soll ) Adjusts default.
Verfahren zum Betreiben eines technischen Systems, - wobei eine Führungsgröße (xsoll) vorgegeben wird und sich eine zu beeinflussende Größe (xist) durch Einwirkung einer Stellgröße (ysoll, yist) auf eine von Störgrößen (u) beeinflusste Strecke ergibt, - wobei in einem spezifischen Betriebspunkt des technischen Systems anhand einer Sollregelgrößenfunktion f(xsoll) und einer Iststellgrößenfunktion Z(yist) oder anhand einer Sollregelgrößenfunktion f(xsoll) und einer Istregelgrößenfunktion ƒ(xist) ein momentenerzeugendes Funktional (GS, GR) unter Berücksichtigung einer Differenz (ζ) zwischen dem Istwert der Stellgröße (yist) und dem Sollwert der Stellgröße (ysoll) gebildet wird, - wobei der natürliche Logarithmus des momentenerzeugenden Funktionals (GS, GR) das kumulantenerzeugende Funktional (FS, FR) ist, - wobei anhand der Entwicklung des kumulantenerzeugenden Funktionals (FS, FR) in eine Potenzreihe bis zu einer Ordnung N ein Polynom bereitgestellt wird, das nach der Differenz (ξ) aufgelöst wird, sodass die Differenz (ξ) bereitgestellt wird, - wobei in Abhängigkeit der Differenz (ξ) und dem Istwert der Stellgröße (yist), gemäß ξ = y s o l l y i s t
Figure DE102020116218A1_0080
ein aktueller Sollwert der Stellgröße (ysoll) gebildet wird und in Abhängigkeit von dem aktuellen Sollwert der Stellgröße (ysoll) auf die Strecke eingewirkt wird, so dass die zu beeinflussende Größe (xist) der Führungsgröße (xsoll) entspricht oder sich dieser Vorgabe angleicht.
Method for operating a technical system, - whereby a reference variable (x soll ) is specified and a variable to be influenced (x ist ) results from the action of a manipulated variable (y soll , y ist ) on a route influenced by disturbance variables (u), - with a torque-generating function (G S , G R ) at a specific operating point of the technical system based on a setpoint controlled variable function f (x soll ) and an actual manipulated variable function Z (y ist ) or on the basis of a setpoint controlled variable function f (x soll ) and an actual controlled variable function ƒ (x ist ) ) taking into account a difference (ζ) between the actual value of the manipulated variable (y ist ) and the setpoint of the manipulated variable (y soll ) is formed, - where the natural logarithm of the torque-generating functional (G S , G R ) is the cumulative-generating functional (F S , F R ), - where, based on the expansion of the cumulant-generating functional (F S , F R ) into a power series up to an order N, a polynomial is provided rd, which is resolved according to the difference (ξ) so that the difference (ξ) is provided, - depending on the difference (ξ) and the actual value of the manipulated variable (y ist ), according to ξ = y s O l l - y i s t
Figure DE102020116218A1_0080
a current setpoint of the manipulated variable (y soll ) is formed and the path is acted upon depending on the current setpoint of the manipulated variable (y soll ) so that the variable to be influenced (x ist ) corresponds to or is equal to the reference variable (x soll ) Adjusts default.
Verfahren nach Patentanspruch 5, - wobei eine Führungsgröße (xsoll) vorgegeben wird und sich eine zu beeinflussende Größe (xist) durch Einwirkung einer Stellgröße (ysoll, yist) auf eine von Störgrößen (u) beeinflusste Strecke ergibt, - wobei in einem spezifischen Betriebspunkt des technischen Systems die Bildung des Quotienten aus einer Sollregelgrößenfunktion f(xsoll) und einer Iststellgrößenfunktion Z(yist) erfolgt, so dass das momentenerzeugende Funktional (Gs) gemäß der Gleichung f ( x soll ) Z ( y ist ) = Z ( y ist + ξ ) Z ( y ist ) = : G S [ x soll ( y ist , ξ ) , y ist ]
Figure DE102020116218A1_0081
bereitsteht, wobei (ζ) die Differenz zwischen dem Istwert der Stellgröße (yist) und dem Sollwert der Stellgröße (ysoll) ist, - wobei der natürliche Logarithmus des momentenerzeugenden Funktionals (Gs) das kumulantenerzeugende Funktional (Fs) gemäß der Gleichung F S : = ln G S
Figure DE102020116218A1_0082
ist, - wobei anhand der Entwicklung des kumulantenerzeugenden Funktionals (FS) in eine Potenzreihe bis zur Ordnung N ein Polynom F S = j = 1 N d j ln  Z ( y ist ) d y ist j ξ j j ! d N + 1 ln  Z ( y ist ) d y ist N + 1 ξ N + 1 ( N + 1 ) ! ,
Figure DE102020116218A1_0083
bereitsteht, das unter Vernachlässigung des Restgliedes nach der Differenz (ξ) aufgelöst wird, sodass die Differenz (ξ) bereitgestellt wird, - wobei in Abhängigkeit der Differenz (ξ) und dem Istwert der Stellgröße (yist), gemäß ξ = y s o l l y i s t
Figure DE102020116218A1_0084
ein aktueller Sollwert der Stellgröße (ysoll) gebildet wird und in Abhängigkeit von dem aktuellen Sollwert der Stellgröße (ysoll) auf die Strecke eingewirkt wird, so dass die zu beeinflussende Größe (xist) der Führungsgröße (xsoll) entspricht oder sich dieser Vorgabe angleicht.
Procedure according to Claim 5 , - where a reference variable (x soll ) is specified and a variable (x ist ) to be influenced results from the action of a manipulated variable (y soll , y ist ) on a route influenced by disturbance variables (u), - in a specific operating point of the technical system the formation of the quotient of a desired controlled variable function f (x soll) and a Iststellgrößenfunktion Z (y) is carried out so that the torque-generating functional (Gs) according to the equation f ( x should ) Z ( y is ) = Z ( y is + ξ ) Z ( y is ) = : G S. [ x should ( y is , ξ ) , y is ]
Figure DE102020116218A1_0081
ready, wherein (ζ) is the difference between the actual value of the manipulated variable (y) and the target value of the manipulated variable (y soll), - the natural logarithm of the moment generating functional (Gs), the kumulantenerzeugende functional (Fs) according to the equation F. S. : = ln G S.
Figure DE102020116218A1_0082
- where, based on the expansion of the cumulant-generating functional (F S ) into a power series up to order N, a polynomial F. S. = j = 1 N d j ln Z ( y is ) d y is j ξ j j ! d N + 1 ln Z ( y is ) d y is N + 1 ξ N + 1 ( N + 1 ) ! ,
Figure DE102020116218A1_0083
standing, the precipitate is dissolved with neglect of the residual limb to the difference (ξ) such that the difference (ξ) is provided, - wherein in dependence on the difference (ξ) and the actual value of the manipulated variable (y), according to ξ = y s O l l - y i s t
Figure DE102020116218A1_0084
a current setpoint of the manipulated variable (y soll ) is formed and the path is acted upon depending on the current setpoint of the manipulated variable (y soll ) so that the variable to be influenced (x ist ) corresponds to or is equal to the reference variable (x soll ) Adjusts default.
Verfahren nach Patentanspruch 5, - wobei eine Führungsgröße (xsoll) vorgegeben wird und sich eine zu beeinflussende Größe (xist) durch Einwirkung einer Stellgröße (ysoll, yist) auf eine von Störgrößen (u) beeinflusste Strecke ergibt, - wobei in einem spezifischen Betriebspunkt des technischen Systems die Bildung des Quotienten aus einer Sollregelgrößenfunktion f(xsoll) und einer Istregelgrößenfunktion ƒ(xist) erfolgt, so dass das momentenerzeugende Funktional (GR) gemäß der Gleichung G R [ x s o l l ( y ist , ξ ) , x ist ] : = f ( x soll ) f ( x ist ) = Z ( y ist + ξ ) f ( x ist )
Figure DE102020116218A1_0085
bereitsteht, wobei (ζ) die Differenz zwischen dem Istwert der Stellgröße (yist) und dem Sollwert der Stellgröße (ysoll) ist, - wobei der natürliche Logarithmus des momentenerzeugenden Funktionals (GR) das kumulantenerzeugende Funktional (FR) gemäß der Gleichung F R = ln  G R
Figure DE102020116218A1_0086
ist, - wobei anhand der Entwicklung des kumulantenerzeugenden Funktionals (FR) in eine Potenzreihe N-ter Ordnung ein Polynom F R = j = 1 N d j ln  Z ( y i s t ) d y ist j ξ j j ! + d N + 1 ln  Z ( y i s t ) d y ist N + 1 ξ N + 1 ( N + 1 ) ! ,
Figure DE102020116218A1_0087
bereitsteht, welches unter Vernachlässigung des Restgliedes nach der Differenz (ξ) aufgelöst wird, sodass die Differenz (ξ) bereitgestellt wird, - wobei in Abhängigkeit der Differenz (ξ) und dem Istwert der Stellgröße (yist), gemäß ξ = y s o l l y i s t
Figure DE102020116218A1_0088
ein aktueller Sollwert der Stellgröße (ysoll) gebildet wird und in Abhängigkeit von dem aktuellen Sollwert der Stellgröße (ysoll) auf die Strecke eingewirkt wird, so dass die zu beeinflussende Größe (xist) der Führungsgröße (xsoll) entspricht oder sich dieser Vorgabe angleicht.
Procedure according to Claim 5 , - where a reference variable (x soll ) is specified and a variable (x ist ) to be influenced results from the action of a manipulated variable (y soll , y ist ) on a path influenced by disturbance variables (u), - where in a specific operating point of the technical system, the formation of the quotient from a target controlled variable function f (x soll ) and an actual controlled variable function ƒ (x ist ) takes place, so that the torque-generating functional (G R ) according to the equation G R. [ x s O l l ( y is , ξ ) , x is ] : = f ( x should ) f ( x is ) = Z ( y is + ξ ) f ( x is )
Figure DE102020116218A1_0085
ready, wherein (ζ) is the difference between the actual value of the manipulated variable (y) and the target value of the manipulated variable (y soll), - the natural logarithm of the moment generating functional (G R), the kumulantenerzeugende functional (F R) according to the equation F. R. = ln G R.
Figure DE102020116218A1_0086
is, - where a polynomial is based on the expansion of the cumulant-generating functional (F R ) into a power series of the N-th order F. R. = j = 1 N d j ln Z ( y i s t ) d y is j ξ j j ! + d N + 1 ln Z ( y i s t ) d y is N + 1 ξ N + 1 ( N + 1 ) ! ,
Figure DE102020116218A1_0087
is ready, which is dissolved, ignoring the residual limb to the difference (ξ) such that the difference (ξ) is provided, - wherein, depending on the difference (ξ) and the actual value of the manipulated variable (y) according to ξ = y s O l l - y i s t
Figure DE102020116218A1_0088
a current setpoint of the manipulated variable (y soll ) is formed and the path is acted upon depending on the current setpoint of the manipulated variable (y soll ) so that the variable to be influenced (x ist ) corresponds to or is equal to the reference variable (x soll ) Adjusts default.
Verfahren zum Betreiben eines technischen Systems, wobei - eine Führungsgröße (xsoll) vorgegeben wird und sich eine zu beeinflussende Größe (xist) durch Einwirkung einer Stellgröße (ysoll, yist) auf eine von Störgrößen (u) beeinflusste Strecke ergibt, - in einem spezifischen Betriebspunkt des technischen Systems die Bildung einer Abweichung (ζ) zwischen Führungsgröße (xsoll) und zu beeinflussender Größe (xist) erfolgt, - die zeitliche Ableitung (dζ/dt) der Abweichung (ζ) bereitgestellt wird, - die Bildung des momentenerzeugenden Funktionals (G) gemäß der Gleichung G [ x s o l l , x i s t ; y i s t , ζ ˙ ] = ζ ˙ h ( x s o l l , y i s t ) h ( x i s t , y i s t )
Figure DE102020116218A1_0089
erfolgt, - der natürliche Logarithmus des momentenerzeugenden Funktionals (G) das kumulantenerzeugende Funktional (F) ist, - das kumulantenerzeugende Funktional (F) unter Verwendung von y s o l l ( t ) = y i s t ( t ) + ξ ( t )
Figure DE102020116218A1_0090
in eine Potenzreihe um ξ = 0 entwickelt wird, wobei (ξ) die Differenz zwischen dem Istwert der Stellgröße (yist) und dem Sollwert der Stellgröße (ysoll) ist, so dass die kumulantenerzeugende Funktion bereitsteht, - die kumulantenerzeugende Funktion nach der Differenz (ξ) aufgelöst wird, so dass die Differenz (ξ) bereitgestellt wird, - in Abhängigkeit der Differenz (ξ) und dem Istwert der Stellgröße (yist), gemäß ξ ( t ) = y s o l l ( t ) y i s t ( t )
Figure DE102020116218A1_0091
ein aktueller Sollwert der Stellgröße ysoll) gebildet wird und in Abhängigkeit von dem aktuellen Sollwert der Stellgröße (ysoll) auf die Strecke eingewirkt wird, so dass die zu beeinflussende Größe (xist) der Führungsgröße (xsoll) entspricht oder sich dieser Vorgabe angleicht.
Method for operating a technical system, whereby - a reference variable (x soll ) is specified and a variable to be influenced (x ist ) results from the effect of a manipulated variable (y soll , y ist ) on a route influenced by disturbance variables (u), - in a specific operating point of the technical system, the formation of a deviation (ζ) between the reference variable (x soll) and influencing variable (x) is carried out, - the time derivative (dζ / dt) of the deviation (ζ) is provided, - the formation of the torque-generating functional (G) according to the equation G [ x s O l l , x i s t ; y i s t , ζ ˙ ] = ζ ˙ H ( x s O l l , y i s t ) - H ( x i s t , y i s t )
Figure DE102020116218A1_0089
takes place, - the natural logarithm of the torque-generating functional (G) is the cumulant-generating functional (F), - the cumulant-generating functional (F) using y s O l l ( t ) = y i s t ( t ) + ξ ( t )
Figure DE102020116218A1_0090
is developed into a power series around ξ = 0, where (ξ) is the difference between the actual value of the manipulated variable (y ist ) and the nominal value of the manipulated variable (y soll ), so that the function generating the cumulative is available, - the cumulative-generating function is resolved according to the difference (ξ) so that the difference (ξ) is made available, - depending on the difference (ξ) and the actual value of the manipulated variable (y ist ), according to ξ ( t ) = y s O l l ( t ) - y i s t ( t )
Figure DE102020116218A1_0091
a current setpoint of the manipulated variable y soll ) is formed and the path is acted upon depending on the current setpoint of the manipulated variable (y soll ) so that the variable to be influenced (x ist ) corresponds to the reference variable (x soll ) or is based on this specification aligns.
Verfahren zum Betreiben eines technischen Systems, wobei die Verfahren nach Patentanspruch 1 oder 2 oder 3 oder 4 erste Verfahren zur Bereitstellung der Differenz (ξ, ξMom) sind und die Verfahren nach Patentanspruch 5 oder 6 oder 7 oder 8 zweite Verfahren zur Bereitstellung der Differenz (ξ, ξKum) sind, wobei eine Auswahl erfolgt, ob zur Bildung des aktuellen Sollwerts der Stellgröße (ysoll) für ein Einwirken auf die Strecke die Differenz (ξ, ξMom) gemäß dem ersten Verfahren verwendet wird oder die Differenz (ξ, ξKum) gemäß dem zweiten Verfahren verwendet wird, wobei die Auswahl in Abhängigkeit davon erfolgen kann, in welche Ordnung N die jeweilige Potenzreihe entwickelt wird und für welche Potenzreihe nach Auflösung nach den Differenzen (ξ, ξMom) und (ξ, ξKum) das kleinere betragsmäßige Restglied resultiert.Method for operating a technical system, the method according to Claim 1 or 2 or 3 or 4th first procedures for providing the difference (ξ, ξ Mom ) are and the procedures according to Claim 5 or 6th or 7th or 8th Second methods for providing the difference (ξ, ξ Kum ) are, with a selection being made as to whether the difference (ξ, ξ Mom ) according to the first method is used to form the current setpoint of the manipulated variable (y soll ) for acting on the route or the difference (ξ, ξ Cum ) is used according to the second method, whereby the selection can be made depending on the order N in which the respective power series is developed and for which power series after resolution according to the differences (ξ, ξ Mom ) and (ξ, ξ Cum ) the smaller residual term results. Verfahren zum Betreiben eines technischen Systems, wobei den Verfahren gemäß den Patentansprüchen 1 bis 9 ein allgemeines Prinzip mit folgenden Merkmalen zugrunde liegt: - wobei anstelle der momentenerzeugenden Funktion (G) eine Funktion (H(0)) definiert wird durch H ( 0 ) ( ξ ) : = G ( ξ ) 1,
Figure DE102020116218A1_0092
- wobei demnach die kumulantenerzeugende Funktion dem folgenden Ausdruck F ( ξ ) = ln [ 1 + H ( 0 ) ( ξ ) ]
Figure DE102020116218A1_0093
entspricht, - so dass sich hieraus H ( 1 ) ( ξ ) = ln [ 1 + H ( 0 ) ( ξ ) ]
Figure DE102020116218A1_0094
ergibt, - wobei, um sich nicht auf die Stufen (0) und (-1) zu beschränken, sich rekursiv H ( n ) ( ξ ) = ln [ 1 + H ( n + 1 ) ( ξ ) ]
Figure DE102020116218A1_0095
ergibt, - wobei die Kumulanten zur Stufe n + 1 und die Momente zur Stufe n korrespondieren, so dass somit für jede Funktion H ( n ) ( ξ ) mit  n     _ U { 0 }
Figure DE102020116218A1_0096
eine Potenzreihenentwicklung mit jeweils unterschiedlichem Konvergenzverhalten vorgenommen und die jeweils entstehende Funktion nach der Differenz (ξ) aufgelöst werden kann, - wobei eine ausgewählte Funktion nach der Differenz (ξ) aufgelöst wird, - wobei in Abhängigkeit einer Differenz (ξ), die anhand einer ausgewählten Funktion gebildet wurde, ein aktueller Sollwert der Stellgröße (ysoll) gebildet wird und in Abhängigkeit von dem aktuellen Sollwert der Stellgröße (ysoll) auf die Strecke eingewirkt wird, so dass die zu beeinflussende Größe (xist) der Führungsgröße (xsoll) entspricht oder sich dieser Vorgabe angleicht.
Method for operating a technical system, wherein the method according to Claims 1 to 9 is based on a general principle with the following features: - where instead of the torque-generating function (G) a function (H (0) ) is defined by H ( 0 ) ( ξ ) : = G ( ξ ) - 1,
Figure DE102020116218A1_0092
- where accordingly the cumulant-generating function is given by the following expression F. ( ξ ) = ln [ 1 + H ( 0 ) ( ξ ) ]
Figure DE102020116218A1_0093
corresponds - so that from this H ( - 1 ) ( ξ ) = ln [ 1 + H ( 0 ) ( ξ ) ]
Figure DE102020116218A1_0094
results in - where, in order not to be restricted to the levels (0) and (-1), is recursive H ( n ) ( ξ ) = ln [ 1 + H ( n + 1 ) ( ξ ) ]
Figure DE102020116218A1_0095
results, - where the cumulants correspond to level n + 1 and the moments to level n, so that for each function H ( n ) ( ξ ) With n _ U { 0 }
Figure DE102020116218A1_0096
a power series expansion with different convergence behavior is carried out and the function that arises in each case can be resolved according to the difference (ξ), - whereby a selected function is resolved according to the difference (wobei), - whereby depending on a difference (ξ), which is based on a selected Function has been formed, a current setpoint of the manipulated variable (y soll ) is formed and the path is acted on depending on the current setpoint of the manipulated variable (y soll ) so that the variable to be influenced (x ist ) of the reference variable (x soll ) corresponds to or approximates this requirement.
Verfahren nach Patentanspruch 10, wobei eine weitere Verallgemeinerung darin besteht, die Logarithmusbildung umzukehren, und die Gleichung H ( n ) ( ξ ) = ln [ 1 + H ( n + 1 ) ( ξ ) ]
Figure DE102020116218A1_0097
generell für n ∈ ℤ für gültig zu erklären, - wobei mit der Verallgemeinerung der momentenerzeugenden und der kumulantenerzeugenden Funktionen unendlich viele Potenzreihenentwicklungen, die sämtlich von unterschiedlichem Konvergenzverhalten sind, erhalten werden, - wobei vor der Berechnung der Differenz (ξ) diejenige Stufe n identifiziert wird, die im Betriebspunkt jeweils das schnellste Konvergenzverhalten aufweist, - wobei unter Beachtung der Erkenntnis, dass eine polynominale Approximation umso besser funktioniert, je eher der Funktionsverlauf der betrachteten erzeugten Funktion demjenigen einer Geraden entspricht, die erzeugende Funktion derjenigen Stufe n gesucht wird, die im betrachteten Betriebspunkt die geringste Krümmung aufweist, - wobei sich die Krümmung aus dem jeweiligen zweiten Moment ( h 2 ( n ) )
Figure DE102020116218A1_0098
der erzeugenden Funktion (H(n)) n-ter Stufe erhalten lässt, so dass ebenjenes n zu wählen ist, welches im Betriebspunkt mit dem minimalen zweiten Moment korrespondiert, - wobei sich daraus, dass Momente erzeugender Funktionen benachbarter Stufen algebraisch ineinander überführt werden können, die folgende Beziehung zwischen den zweiten Momenten der erzeugenden Funktionen ebenjener benachbarter Stufen h 2 ( n ) = h 2 ( n 1 ) + ( h 1 ( 0 ) ) 2
Figure DE102020116218A1_0099
ergibt, so dass sich rekursiv h 2 ( n ) = h 2 ( 0 ) + n ( h 1 ( 0 ) ) 2
Figure DE102020116218A1_0100
ergibt, - wobei das zweite Moment n-ter Stufe demnach durch eine Gerade in n repräsentiert wird, deren Steigung durch das erste Moment und deren Ordinatenabschnitt durch das zweite Momente nullter Stufe gegeben ist und sich die minimale Krümmung für dasjenige n ergibt, für welches die Gleichung h 2 ( n ) = h 2 ( 0 ) + n ( h 1 ( 0 ) ) 2
Figure DE102020116218A1_0101
eine Nullstelle aufweist, - wobei n M i n = h 2 ( 0 ) ( h 1 ( 0 ) ) 2 ,
Figure DE102020116218A1_0102
gilt, - wobei zu beachten ist, dass die so angegebene Lösung eine reelle Zahl darstellt, wohingegen die Stufe durch eine ganze Zahl dargestellt wird.
Procedure according to Claim 10 , where another generalization is to reverse the logarithm and the equation H ( n ) ( ξ ) = ln [ 1 + H ( n + 1 ) ( ξ ) ]
Figure DE102020116218A1_0097
generally to be declared valid for n ∈ ℤ, - with the generalization of the moment-generating and cumulant-generating functions, an infinite number of power series expansions, all of which have different convergence behavior, are obtained, - where the level n is identified before the calculation of the difference (ξ) which has the fastest convergence behavior at the operating point, - taking into account the knowledge that a polynomial approximation works better, the sooner the function curve of the generated function under consideration corresponds to that of a straight line, the generating function of that level n is searched for in the Operating point has the smallest curvature, - the curvature resulting from the respective second moment ( H 2 ( n ) )
Figure DE102020116218A1_0098
of the generating function (H (n) ) n-th stage, so that n is to be chosen which corresponds to the minimum second moment at the operating point, - whereby this means that moments of generating functions of neighboring stages can be algebraically converted into one another , the following relationship between the second moments of the generating functions of the same neighboring stages H 2 ( n ) = H 2 ( n - 1 ) + ( H 1 ( 0 ) ) 2
Figure DE102020116218A1_0099
results so that recursively H 2 ( n ) = H 2 ( 0 ) + n ( H 1 ( 0 ) ) 2
Figure DE102020116218A1_0100
- where the second moment of the n-th stage is represented by a straight line in n, the slope of which is given by the first moment and the ordinate section of which is given by the second moment of the zeroth stage and the minimum curvature results for the n for which the equation H 2 ( n ) = H 2 ( 0 ) + n ( H 1 ( 0 ) ) 2
Figure DE102020116218A1_0101
has a zero, - where n M. i n = H 2 ( 0 ) ( H 1 ( 0 ) ) 2 ,
Figure DE102020116218A1_0102
applies, - it should be noted that the solution given in this way represents a real number, whereas the level is represented by an integer.
Vorrichtung, die eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 auszuführen, wobei die Vorrichtung Bestandteil eines Fahrzeuges sein kann.Device that is set up, a method according to one of the Claims 1 to 11 execute, wherein the device can be part of a vehicle.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102020131426A1 (en) 2020-11-27 2022-06-02 Iav Gmbh Ingenieurgesellschaft Auto Und Verkehr Process and device for operating a heat exchanger
DE102021128833A1 (en) 2021-11-05 2023-05-11 Iav Gmbh Ingenieurgesellschaft Auto Und Verkehr Method and device for determining the temperature of a medium to be cooled downstream of a heat exchanger, taking into account the heat losses to the environment

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102020131426A1 (en) 2020-11-27 2022-06-02 Iav Gmbh Ingenieurgesellschaft Auto Und Verkehr Process and device for operating a heat exchanger
DE102021128833A1 (en) 2021-11-05 2023-05-11 Iav Gmbh Ingenieurgesellschaft Auto Und Verkehr Method and device for determining the temperature of a medium to be cooled downstream of a heat exchanger, taking into account the heat losses to the environment

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