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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Mikrocontroller und ein System zur Zweipunktregelung.
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Stand der Technik
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Derzeitig können zur Regelung induktiver Lasten, etwa Spulen in Elektromotoren oder in elektromagnetisch gesteuerten Ventilen in Kraftfahrzeugen oder Maschinen, dezidierte Schaltungen in Form anwendungsspezifischer integrierter Schaltungen (ASIC, application-specific integrated circuit) verwendet werden. Solche Schaltungen regeln den elektrischen Strom durch die induktive Last beispielsweise dadurch, dass sie Ausgangsstufen (z.B. Halbleiterschalter) mittels pulsbreiten-modulierter Steuersignale schalten, wobei die Pulsbreiten von der dezidierten Schaltung auf Grundlage von vorgegebenen Sollwerten für den elektrischen Strom und Messwerten des elektrischen Stroms, die beispielsweise mittels Nebenwiderständen gewonnen werden, berechnet werden. Die Sollwerte werden z.B. von einem Mikrocontroller eines Steuergeräts vorgegeben, so dass das Steuergerät die Lasten steuern kann.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß werden ein Mikrocontroller und ein System zur Zweipunktregelung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
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Die Erfindung basiert auf der Maßnahme, Regelungsaufgaben wie z.B. eine Zweipunktregelung, welche herkömmlicherweise durch eigene spezielle Schaltungen z.B. in Form von ASICs implementiert wird, durch eine softwareprogrammierbare Zeitgebereinheit direkt im Mikrocontroller ausführen zu lassen. Dadurch können zusätzliche Schaltungen entfallen und der Hardwareaufwand wird reduziert, ohne jedoch den Steuerungsprozessor bzw. Hauptprozessor (CPU) des Mikrocontrollers besonders zu belasten. Zeitgebereinheiten, bzw. generische Zeitgebermodule, die zur Verwirklichung der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, sind z.B. aus
EP 2553540 B1 bekannt.
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Erfindungsgemäß gibt der Steuerungsprozessor, der die eigentliche Steuerungsfunktion des Mikrocontrollers implementiert, den Sollwert vor, basierend auf dem und Messsignalwerten dann von der Zeitgebereinheit (auch Timingmodul genannt) durch ein in der Zeitgebereinheit bzw. deren (vom Steuerungsprozessor unterschiedliches) Prozessormodul ausgeführtes Regelungsprogramm eine Steuervorgabe bzw. ein Steuersignal erzeugt wird. Der Steuerungsprozessor wird außer durch die Vorgabe des Sollwerts (bzw. außer durch die Vorgabe von Sollwerten, wenn sich im Rahmen der Steuerungsfunktion der Sollwert mit der Zeit ändert) nicht weiter mit Regelungsaufgaben belastet. Ebenso werden von einem Analog-Digital-Wandler die Messsignalwerte bestimmt und Ausgabewerte des Analog-Digital-Wandlers von der Zeitgebereinheit verarbeitet, ohne dass der Steuerungsprozessor involviert ist, z.B. führt ein neu vorliegender Messsignalwert nicht zu einem Interrupt am Steuerungsprozessor. Insgesamt wird durch die Erfindung ein flexibles, anpassungsfähiges System zur Zweipunktregung einer Regelgröße mit hoher Regelfrequenz ermöglicht, das, abgesehen von dem Analog-Digital-Wandler und der Zeitgebereinheit, die Ressourcen des Mikrocontrollers nur wenig belastet und insbesondere sicherstellt, dass der Steuerungsprozessor seine eigentliche Steuerungsfunktion erfüllen kann.
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Als Zweipunktregelung wird eine Regelung bezeichnet, bei der die Stellgröße, die dem Steuersignal entspricht bzw. durch das Steuersignal angesteuert wird, nur zwischen zwei Zuständen (z.B. An/Aus) wechseln kann.
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Als Analog-Digital-Wandler kann ein Analog-Digital-Wandler verwendet werden, der die Messsignalwerte bestimmt und als Ausgabewerte ausgibt, die dann in der Zeitgebereinheit weiterverarbeitet werden. Vorzugsweise ist die Zeitgebereinheit dann dazu eingerichtet, den Sollwert vom Steuerungsprozessor zu empfangen und zu speichern, die Messsignalwerte vom Analog-Digital-Wandler als Ausgabewerte zu empfangen, und basierend auf den empfangenen Messsignalwerten und dem gespeicherten Sollwert die Steuervorgabe zu bestimmen. Alternativ weist bevorzugt der Analog-Digital-Wandler selbst eine integrierte Vergleichsfunktionalität auf und ist dazu eingerichtet, den Sollwert vom Steuerungsprozessor zu empfangen und weiter bevorzugt zu speichern, den Sollwert mit den Messsignalwerten zu vergleichen, und Vergleichsergebniswerte als Ausgabewerte auszugeben, insbesondere an die Zeitgebereinheit bzw. deren Prozessormodul. Letztere Maßnahme ermöglicht eine besonders hohe Regelfrequenz, während die erste Maßnahme mit einem einfachen Analog-Digital-Wandler umgesetzt werden kann.
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Bevorzugt umfasst die Zeitgebereinheit ein Ausgangsmodul, das dazu eingerichtet ist, die Steuervorgabe vom Prozessormodul zu empfangen und das Steuersignal entsprechend der Steuervorgabe zu erzeugen und weiter bevorzugt zu verzögern. Das Steuersignal kann dadurch an die Anforderung der anzusteuernden Einheit angepasst werden, z.B. im Hinblick auf den Pegel des Steuersignals oder im Hinblick auf eine Frequenz des Steuersignals, wenn etwa die anzusteuernde Einheit eine minimale Schaltdauer aufweist, die implizit die Frequenz nach oben beschränkt (so, dass das Steuersignal verzögert ausgegeben werden sollte). Auch kann das Ausgangsmodul dazu eingerichtet sein, ein pulsbreitenmoduliertes Steuersignal basierend auf Pulsbreitenmodulationsinformationen zu erzeugen.
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Weiterhin umfasst die Zeitgebereinheit bevorzugt ein Eingangsmodul, das dazu eingerichtet ist, eine Vorverarbeitung, insbesondere ein Normalisieren und/oder eine Filterung und/oder eine Mittelung, von Eingangswerten durchzuführen, wobei bevorzugt das Eingangsmodul mit dem Analog-Digital-Wandler verbunden ist und dazu eingerichtet ist, dessen Ausgabewerte zu empfangen. Bei einem Normalisieren können z.B. die vom Analog-Digital-Wandler als Ausgabewerte übermittelten Messsignalwerte in einen vorbestimmten Wertebereich abgebildet (durch Skalieren um einen bestimmten Faktor und/oder Ändern um einen bestimmten Betrag) werden. Dies kann insbesondere einschließen, dass die Messsignalwerte eines Messsignals, das etwa durch eine Spannung dargestellt ist, in die physikalische Einheit der Regelgröße (z.B. eine Stromstärke in Ampere) umgerechnet bzw. abgebildet werden. Bei einer Filterung können z.B. Ausgabewerte, die deutlich zu groß oder zu klein sind und daher auf einen Fehler hindeuten, entfernt werden. Bei einer Mittelung kann z.B. ein über mehrere (Ursprungs-) Messsignalwerte gemittelter (gleitender) Messsignalwert bestimmt werden, um einen glatteren Verlauf zu erzielen, der gemittelte Messsignalwert wird dann an das Prozessormodul übertragen und dort vom Regelungsprogramm verwendet. Insgesamt kann durch die Vorverarbeitung sichergestellt werden, dass nur reguläre Ausgabewerte zum Prozessormodul übermittelt werden, d.h. Ausgabewerte, die in einem regulären Bereich liegen, der vom Regelungsprogramm verarbeitet werden kann, ohne z.B. zu Fehlern zu führen.
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Bevorzugt kann die Zeitgebereinheit ein mit einem Mikrocontroller-Bus verbundenes Schnittstellenmodul umfassen, das dazu eingerichtet ist, die Eingangswerte zu empfangen. Wenn die empfangenen Eingangswerte vom Schnittstellenmodul direkt an das Prozessormodul übermittelt werden, kann auf ein Eingangsmodul verzichtet werden. Der Analog-Digital-Wandler ist in diesem Fall ebenfalls mit dem Mikrocontroller-Bus verbunden, so dass dessen Ausgabewerte über den Mikrocontroller-Bus vom Analog-Digital-Wandler zum Schnittstellenmodul als Eingangswerte übertragen werden können. Dies bedingt eine gewisse Belastung des Mikrocontroller-Buses, ist also vor allem dann vorteilhaft, wenn dieser über ausreichend Bandbreite verfügt.
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Weiterhin ist bevorzugt der Steuerungsprozessor gemäß einer Steuerungsprozessor-Zeitbasis getaktet, der Analog-Digital-Wandler gemäß einer Wandler-Zeitbasis getaktet und die Zeitgebereinheit gemäß wenigstens einer Zeitgeber-Zeitbasis getaktet, wobei die Steuerungsprozessor-Zeitbasis und/oder die Wandler-Zeitbasis und/oder die wenigstens eine Zeitgeber-Zeitbasis unabhängig voneinander einstellbar sind. Dadurch können die Betriebsfrequenzen von Steuerungsprozessor, Analog-Digital-Wandler und Zeitgebereinheit (und gegebenenfalls der einzelnen Module der Zeitgebereinheit) unabhängig voneinander an die jeweiligen Anforderungen angepasst werden, insbesondere kann so der Energieverbrauch, der von der Taktfrequenz abhängt, verringert werden. Eine Zeitbasis gibt dabei ein Taktsignal für die jeweilige Einheit (Steuerungsprozessor, Analog-Digital-Wandler, Zeitgebereinheit) vor, bestimmt also eine (möglicherweise veränderliche) Betriebsfrequenz der jeweiligen Einheit. Für die Module der Zeitgebereinheit kann jeweils eine eigene Zeitbasis vorgesehen sein, d.h. das Prozessormodul kann gemäß einer ersten der wenigstens einen Zeitgeber-Zeitbasis, das Eingangsmodul kann gemäß einer zweiten der wenigstens einen Zeitgeber-Zeitbasis und das Ausgangsmodul kann gemäß einer dritten der wenigstens einen Zeitgeber-Zeitbasis getaktet sein, die wiederum unabhängig voneinander einstellbar sein können.
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Bevorzugt ist der Mikrocontroller, insbesondere der Steuerungsprozessor oder die Zeitgebereinheit, dazu eingerichtet, das Regelungsprogramm in den Speicher zu schreiben, um es in dem Speicher zu speichern. Damit wird eine Neuspeicherung des Regelungsprogramms ermöglicht, insbesondere kann das Regelungsprogramm geändert werden, so dass z.B. die Regelung gemäß einer anderen Regelungsstrategie erfolgt.
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Bevorzugt umfasst die Steuervorgabe ein Vergleichsergebnis der Messsignalwerte mit dem Sollwert, wobei das Steuersignal so erzeugt wird, dass es den ersten Zustand einnimmt, wenn der jeweilige Messsignalwert kleiner als der Sollwert ist, und den zweiten Zustand einnimmt, wenn der jeweilige Messsignalwert nicht kleiner als der Sollwert ist. Diese Regelungsstrategie kann als Zweitpunktregelung im engeren Sinn angesehen werden. Dadurch wird eine Zweipunktregelung mit hoher Regelfrequenz ermöglicht, so dass eine hohe Regelgeschwindigkeit (d.h. die Zeit, bis die Regelgröße dem Sollwert entspricht ist klein) bei gleichzeitig geringer Welligkeit der Regelgröße erreicht werden kann, ohne weiteren Ressourcenverbrauch, etwa von Prozessorzeit des Steuerungsprozessors. Die Regelfrequenz ist hier im Wesentlichen durch die Wandler-Frequenz des Analog-Digital-Wandlers (die durch die Wandler-Zeitbasis bestimmt ist) beschränkt, diese kann bevorzugt größer als 0,1 MHz, weiter bevorzugt größer als 0,25 MHz, am meisten bevorzugt größer als 1 MHz, sein, insbesondere im Bereich von 1 MHz bis 2,5 MHz liegen. Die obere Grenze des Wandler-Frequenzbereichs kann jeweils durch 2,5 MHz gegeben sein. Dies ist besondere vorteilhaft im Vergleich zum Einsatz von ASIC-Schaltungen, deren Maximalfrequenz meist nur im Bereich von wenigen kHz liegt.
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Bevorzugt kann die Steuervorgabe eine Pulsbreitenmodulationsinformation für ein pulsbreitenmoduliertes Signal umfassen, wobei das Steuersignal entsprechend der Pulsbreitenmodulationsinformationen zwischen dem ersten und dem zweiten Zustand wechselt. Dies stellt eine weitere Regelungsstrategie dar, bei der im Vergleich mit der vorstehend genannten Zweipunktregelung im engeren Sinn eine geringere Welligkeit erreicht werden kann, da die Trägheit der geregelten Last berücksichtigt werden kann. Allerdings ist im Vergleich zur Zweipunktregelung im engeren Sinn seitens des Prozessormoduls mehr Rechenleistung erforderlich, da nicht nur ein Wertevergleich durchgeführt werden muss, bei dem entschieden wird, ob oder ob nicht ein Messsignalwert kleiner als der Sollwert ist, sondern insbesondere eine Pulsbreite berechnet werden muss, die beispielsweise vom Abstand der Messsignalwerte zum Sollwert und/oder einer Änderungsrate der Messsignalwerte abhängen kann. Da dies im Prozessormodul der Zeitgebereinheit berechnet wird, werden jedoch auch hier keine weiteren Ressourcen des Mikrocontrollers, abgesehen von dem Analog-Digital-Wandler und der Zeitgebereinheit, benötigt.
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Ein erfindungsgemäßes System zur Zweipunktregelung einer Regelgröße umfasst einen erfindungsgemäßen Mikrocontroller, ein mit dem Ausgang des Mikrocontrollers verbundenes Schaltelement, insbesondere ein Halbleiterschaltelement, und einen mit dem Eingang des Mikrocontrollers verbundenen Sensor; wobei das Schaltelement dazu eingerichtet ist, die Regelgröße zu steuern und wobei der Sensor dazu eingerichtet ist, die Regelgröße zu erfassen.
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Ein erfindungsgemäßer Mikrocontroller bzw. ein erfindungsgemäßes System kann in einer Recheneinheit, z.B. einem Steuergerät eines (Kraft-)Fahrzeugs, eingesetzt werden.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
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Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
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Figurenliste
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- 1 zeigt ein System mit einem Mikrocontroller zur Zweipunktregelung einer Regelgröße gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
- 2 zeigt ein System mit einem Mikrocontroller zur Zweipunktregelung einer Regelgröße gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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1 zeigt ein System mit einem Mikrocontroller 2 zur (schnellen) Zweipunktregelung einer Regelgröße, die hier beispielsweise ein durch eine Last 30 fließender elektrischer Strom ist, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform. Der Mikrocontroller 2 weist einen Eingang 10 für ein analoges Eingangssignal, d.h. ein analoges Messsignal der Regelgröße, und einen Ausgang 12 für ein Ausgangssignal, d.h. ein Steuersignal für die Regelgröße, auf. Das (analoge) Messsignal (Eingangssignal) stellt jeweilige Messwerte der Regelgröße dar, d.h. Messwerte zu einem jeweiligen Zeitpunkt. Das Steuersignal (Ausgangssignal) wird zur Steuerung der Regelgröße verwendet, wobei es zwei verschiedene Werte bzw. Zustände, d.h. einen ersten und einen zweiten Zustand (etwa High-/Low-Signalpegel), einnehmen kann bzw. zwischen diesen wechselt.
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Der Mikrocontroller 2 umfasst einen Steuerungsprozessor 4 (der einen oder mehrere Prozessorkerne aufweisen kann), der Steuerungsprogramme ausführt, die eine Steuerungsfunktion, z.B. eines Steuergeräts in dem der Mikrocontroller umfasst ist, implementieren. Beispielsweise kann ein Elektromotor gesteuert werden, wobei die Last 30 eine Spule des Elektromotors ist, also eine induktive Last.
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Seitens der Steuerung, d.h. durch das Steuerungsprogramm, kann in diesem Beispiel ein bestimmter (Stromstärken-)Wert für den durch die Spule fließenden elektrischen Strom vorgegeben werden, um z.B. ein bestimmtes Drehmoment des Elektromotors zu erreichen, d.h. der elektrische Strom ist hier die Regelgrö-ße, für die ein bestimmter Wert (Sollwert) vorgegeben wird. Entsprechend ist der Steuerungsprozessor 4 dazu eingerichtet, einen Sollwert für die Regelgröße vorzugeben. Der Steuerungsprozessor 2 ist gemäß einer Steuerungsprozessor-Zeitbasis getaktet.
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Der Mikrocontroller 2 umfasst weiterhin einen Analog-Digital-Wandler 6, der mit dem Eingang 10 verbunden ist und das analoge Messsignal in digitale Messsignalwerte umwandelt, d.h. das analoge Messsignal (z.B. in Form einer über einen Nebenwiderstand abfallenden Spannung, falls die Regelgröße ein Strom ist) wird gemäß einer Wandler-Frequenz in eine (zeitliche) Folge von digitalen Messsignalwerten gewandelt. Der Analog-Digital-Wandler kann z.B. ein Abtast-HalteGlied umfassen, um wohldefinierte Messsignalpegel zu bestimmten Zeitpunkten zu erreichen und wandeln zu können. Die Wandler-Frequenz kann durch eine von der Steuerungsprozessor-Zeitbasis unabhängige Wandler-Zeitbasis bestimmt sein, d.h. der Analog-Digital-Wandler 6 kann gemäß der Wandler-Zeitbasis getaktet sein. Der Analog-Digital-Wandler kann eine integrierte Vergleichsfunktionalität aufweisen, mittels derer der Sollwert mit den Messsignalwerten verglichen werden kann. Der Analog-Digital-Wandler kann dann Vergleichswerte (z.B. 1 = größer, 0 = kleiner) anstelle der Messsignalwerte als Ausgabewerte ausgeben.
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Weiterhin umfasst der Mikrocontroller 2 eine Zeitgebereinheit 8 (das auch als generisches Zeitgebermodul bezeichnet werden kann) mit einem mit dem Analog-Digital-Wandler 6 verbundenen Eingangsmodul 14, einem Prozessormodul 16 und einem mit dem Ausgang 12 verbundenen Ausgangsmodul 18, die beispielsweise mittels einer Routingeinheit 20 zur Datenkommunikation miteinander verbunden sein können (durch Doppelpfeile angedeutet). Die Zeitgebereinheit 8 kann gemäß wenigstens einer Zeitgeber-Zeitbasis getaktet sein, die von der Steuerungsprozessor-Zeitbasis und/oder der Wandler-Zeitbasis unabhängig ist. Vorzugsweise sind die einzelnen Module (Eingangsmodul, Prozessormodul, Ausgangsmodul) der Zeitgebereinheit jeweils gemäß einer eigenen (Modul-) Zeitbasis der wenigstens einen Zeitgeber-Zeitbasis getaktet, die wiederum unabhängig voneinander sind.
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Das Eingangsmodul 14 ist dazu eingerichtet, die Ausgabewerte des Analog-Digital-Wandlers, hier die digitalen Messsignalwerte, die das gewandelte analoge Messsignal darstellen, zu empfangen und an das Prozessormodul 16 weiterzuleiten bzw. zu übermitteln, z.B. über die Routingeinheit 20. Das Eingangsmodul 14 kann bevorzugt dazu eingerichtet sein, eine Vorverarbeitung der Ausgabewerte des Analog-Digital-Wandlers durchzuführen, in diesem Fall werden vorverarbeitete Ausgabewerte des Analog-Digital-Wandlers an das Prozessormodul übermittelt.
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Das Prozessormodul 16 ist vorliegend dazu eingerichtet, basierend auf den von dem Eingangsmodul 14 übermittelten digitalen (eventuell vorverarbeiteten) Messsignalwerten und dem (digitalen) Sollwert für die Regelgröße eine Steuervorgabe (z.B. in Form digitaler Steuerungsangaben) zu bestimmen, d.h. eine Vorgabe, wie die Last zu steuern ist. Der Sollwert wird durch das Prozessormodul 16 vom Steuerungsprozessor 4 empfangen und gespeichert, z.B. in einem Register des Prozessormoduls oder im weiter unten beschriebenen Speicher 17. Falls der Analog-Digital-Wandler eine Vergleichsfunktionalität, durch die der Sollwert mit den Messsignalwerten verglichen wird, aufweist, kann alternativ, die Bestimmung der Steuervorgabe auf dem Ergebnis dieses Vergleichs basieren, das zu diesem Zweck an das Prozessormodul übermittelt wird (diese Übermittlung erfolgt bevorzugt über den Mikrocontroller-Bus, wenn der Analog-Digital-Wandler, wie in 2 gezeigt, mit diesem verbunden ist).
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Die Steuervorgabe wird durch ein Regelungsprogramm bestimmt, das im Prozessormodul 16 ausgeführt wird. Die Zeitgebereinheit 8 ist dazu eingerichtet, entsprechend der Steuervorgabe ein Steuersignal für eine Stellgröße zu erzeugen. Mit der Stellgröße kann die Regelgröße beeinflusst bzw. gesteuert werden, so dass letztendlich ein Regelkreis gebildet wird.
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Bei der Steuervorgabe handelt es sich bevorzugt um ein Vergleichsergebnis (genauer eine zeitliche Folge von Vergleichsergebnissen entsprechend der zeitlichen Folge von Messsignalwerten) zwischen den Messsignalwerten und dem Sollwert, d.h. das Regelungsprogramm ist programmiert, einen entsprechenden Vergleich vorzunehmen, oder, falls der Analog-Digital-Wandler integrierte Vergleichsfunktionalität aufweist, kann der Vergleich bereits im Analog-Digital-Wandler vorgenommen werden. In diesem Fall wird das Steuersignal so erzeugt, dass der erste Zustand eingenommen wird, wenn der Messsignalwert kleiner als der Sollwert ist, und andernfalls, d.h. wenn der Messsignalwert nicht kleiner als der Sollwert ist, der zweite Zustand eingenommen wird. Alternativ kann es sich auch um Pulsbreitenmodulationsinformationen, z.B. Pulsfrequenz und Pulsdauer, für ein pulsbreitenmoduliertes Signal handeln, wobei das Steuersignal entsprechend der Pulsbreitenmodulationsinformationen erzeugt wird, z.B. wird im Steuersignal ein Folge von Pulsen entsprechend der Pulsfrequenz erzeugt, wobei die Länge der Pulse durch die Pulsdauer bestimmt ist und wobei der erste Zustand während der Pulse eingenommen wird und ansonsten (zwischen den Pulsen) der zweite Zustand eingenommen wird.
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Das Regelungsprogramm ist in einem Speicher 17, der insbesondere mit dem Prozessormodul 16 verbunden oder in diesem eingeschlossen sein kann, gespeichert. Dieser Speicher bildet den Arbeitsspeicher (z.B. Random-Access-Memory, RAM) des Prozessormoduls. Allgemein kann der Speicher auch extern zum Prozessormodul oder zu der Zeitgebereinheit sein, wobei die Zeitgebereinheit und im Besonderen das Prozessormodul darauf zugreifen können. Der Mikrocontroller, insbesondere der Steuerungsprozessor, ist bevorzugt dazu in der Lage, das Regelungsprogramm in den Speicher zu schreiben, d.h. eine Neuspeicherung des Regelungsprogramms, insbesondere eines neuen Regelungsprogramms, das das vorherige ersetzt, ist möglich.
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Bevorzugt umfasst die Zeitgebereinheit 8 ein Ausgangsmodul 18, das mit dem Ausgang 12 verbunden und das dazu eingerichtet ist, das Steuersignal entsprechend der Steuervorgabe zu erzeugen, wie vorstehend beschrieben. Die Steuervorgabe wird also vom Prozessormodul 16 an das Ausgangsmodul 18 übermittelt, z.B. über die Routingeinheit. Das Ausgangsmodul 18 kann insbesondere dazu eingerichtet sein, Signalpegel gemäß einer vorbestimmten Höhe, entsprechend der Stellgröße, zu erzeugen, wenn das Steuersignal ein analoges Signal ist. Im Prinzip kann das Steuersignal auch direkt vom Prozessormodul erzeugt und am Ausgang ausgegeben werden (wobei dann eine entsprechende Verbindung zwischen Prozessormodul und Ausgang vorzusehen ist), insbesondere wenn ein digitales Steuersignal verwendet wird.
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Die Zeitgebereinheit 8 kann weiterhin ein Schnittstellenmodul 22 umfassen, mit dem Zeitgebereinheit 8 mit anderen Elementen, kommunizieren kann. Dies kann insbesondere ein Schnittstellenmodul zur Kommunikationsanbindung an einen Mikrocontroller-Bus 24 des Mikrocontrollers 2 sein. Das Schnittstellenmodul 22 kann mit den einzelnen Modulen (Eingangsmodul, Prozessormodul, Ausgangsmodul) des Zeitgebermoduls 8 kommunikativ direkt verbunden sein (durch einfache Pfeile angedeutet). Es kann allerdings auch eine indirekte Verbindung über die Routingeinheit 22 bestehen.
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Neben den dargestellten Modulen kann die Zeitgebereinheit weitere, über die Routingeinheit verbundene Module umfassen, insbesondere weitere Eingangsmodule, weitere Prozessormodule und weitere Ausgangsmodule, so dass eine einzelne Zeitgebereinheit zusammen mit mehreren Analog-Digital-Wandlern mehrere Regelgrößen regeln kann.
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Weiter ist in 1 eine hier beispielhaft induktive Last 30 gezeigt. Die Regelgröße ist entsprechend der elektrische Strom, der durch die induktive Last 30 fließt (die Regelgröße ist störungsbehaftet, da die Belastung der Last aus Sicht der Regelung unbekannt ist). Der Strom fließt von einer Spannungsquelle 32 zu einer Masse 34. Die entsprechende Leitung kann mittels eines Schaltelements 36 zwischen einem leitenden und einem nicht leitenden Zustand hin- und hergeschaltet werden, d.h. durch das Schaltelement 36 kann die Regelgröße gesteuert werden. Ein Steueranschluss des Schaltelements 36 ist mit dem Ausgang 8 verbunden. Das Steuersignal dient also zur Steuerung des Schaltelements bzw. der Stellgröße (etwa An/Aus des Schaltelements). Der Strom durch die Last 30 wird durch einen Sensor 38 (etwa mittels eines Nebenwiderstands über den der Spannungsabfall gemessen wird und als Messsignal an den Eingang 10 des Mikrocontrollers 2 weitergegeben wird) erfasst, der mit dem Eingang 10 des Mikrocontrollers 2 verbunden ist, um vom Sensor 38 erfasste Messwerte des elektrischen Stroms als das analoge Messsignal an den Eingang 10 bzw. den Mikrocontroller 2 zu übertragen.
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Als Schaltelement 36 ist bevorzugt ein Halbleiterschaltelement vorgesehen, insbesondere ein Feldeffekttransistor, z.B. ein Metalloxid-Feldeffekttransistor, wie gezeigt. Der Steueranschluss ist dann durch den Gateanschluss des Feldeffekttransistors gebildet. Feldeffekttransistoren sind hier vorteilhaft, da damit hohe Schaltfrequenzen erreicht werden können. Im dargestellten Beispiel ist der erste Zustand des Steuersignals ein High-Pegel, so dass das Schaltelement 36 in einen leitenden Zustand schaltet, und der zweite Zustand ein Low-Pegel, so dass das Schaltelement 36 sperrt. Weiter ist in der Figur eine Freilaufdiode 40 dargestellt, die zur induktiven Last 30 parallelgeschaltet werden kann, um Überspannungen zu verhindern.
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2 zeigt eine Vorrichtung zur Zweipunktregelung gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform. Diese ist im Wesentlichen identisch mit der in 1 gezeigten Ausführungsform, unterscheidet sich davon jedoch dadurch, dass der Analog-Digital-Wandler 6 hier nicht mit dem Eingangsmodul 14 der Zeitgebereinheit 8 verbunden ist, sondern mit dem Schnittstellenmodul 22 der Zeitgebereinheit 8. Insbesondere ist vorgesehen, dass die digitalen Messsignalwerte vom Analog-Digital-Wandler 6 über einen Mikrocontroller-Bus 24 zum Schnittstellenmodul 22 übertragen werden.
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Vom Schnittstellenmodul 22 werden die digitalen Messsignalwerte dann zum Prozessormodul 16 übertragen, in dem durch ein darin ausgeführtes Regelungsprogramm die Steuervorgabe bestimmt wird und gegebenenfalls an das Ausgangsmodul 18 übertragen wird, wie oben beschrieben. Auf ein Eingangsmodul kann in diesem Fall verzichtet werden. Alternativ können die digitalen Messsignalwerte vom Schnittstellenmodul auch zunächst zu einem Eingangsmodul 14 übermittelt werden, etwa, wenn eine Vorverarbeitung durch das Eingangsmodul vorgenommen werden soll.
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Von vorstehend genanntem Unterschied abgesehen gilt das im Zusammenhang mit 1 Gesagte.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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